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УрМатФиз / УрМатФиз с теорией

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ZZZ
D

 

 

 

 

x + v x = 0

 

x 2 D:

 

 

 

 

3:11

3.9 3.8 ,

 

T t

 

 

@v

+ v

!

 

 

= 0 ,

 

 

@v + v

!

 

 

= 0:

3:12

 

 

@n

 

 

@D

 

 

@n

 

@D

 

 

3.11 , 3.12 !" # !$ % |' # ( )-

# + "( !$ ,-( + "(

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) , ! " + " ! # n n = 1 1

,- + " . / vn x, " + ! ,

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Tn t = Ane na2t n = 1 1:

6 , " 4 # 3.9 $":

 

un x t = vn x Tn t = Ane na2tvn x :

3:13

0 4 $ ! 3.7 , 3.8 , 3.2 - . / 9 #

 

1

 

1

Ane na2tvn x

 

u x t =

X

Tn t vn x =

X

3:14

 

n=1

 

n=1

 

 

#, ) ../ 9 ! t !x. ; ! " 5../ " An $ ! 9 #

3.2 .

3.14 3.2

 

1

 

 

g x =

X

An vn x :

3:15

n=1

= 9 , An | 5../ " > 9 ! ) # !$ . - / g x $ D + "( . /$ fvn x g n = 1 1:

2 # # An 9! # 9 9, + "(

. /$:

vn x vk x dx = nk:

181

3.15 vk x, x D

 

1

 

 

 

g x vk x dx = nX=1 An ZZZ vn x vk x dx = Ak k =

 

: 3:16

D

1 1

D

, ! " 3.7 , 3.8 , 3.2 & & & ' ( & u x t, " & ' ( ) * & 3.14 , An * &, &

' 3.16 .

-) -

.

. " & / 3.6 -

* & 3.8 ) * 3.2 .

1 , " * 2 * " & n 2-

* ' ( vn x " 3 |5 & 3.11 , 3.12 , - & & " ) & " & - * & ,6 & 3.7 *

& 3.8 .

 

7 ) ! " 3.6 , 3.8, 3.2

"-

& & 2 * ' ( & vn x n = 1 1

 

1

 

u x t = X un t vn x

3:17

n=1

 

un t . " * ' ( f x t g x "-

& * 2 * ' ( &

1

 

f x t = X fn t vn x

3:18

n=1

 

1

 

g x = X gn vn x

3:19

n=1

 

9'' ( * " ! fn t gn * &, & '

fn t = ZZZ

f x t vn x dx

3:20

 

D

 

 

 

 

gn = ZZZ

g x vn x dx n =

 

:

3:21

1 1

D

 

 

 

 

 

1 , &

3.17

'' ( )

" t " x. 1

3.17 , 3.18 3.6

182

 

 

dun

 

 

 

 

vn x a2 4vn x un t fn t vn x = 0:

 

1

dt

 

:

 

 

n1 dudtn + a2 n un t

fn t vn x = 0

3:22

 

 

X

 

 

 

=1

 

 

 

, 3.11 4vn x =

nvn x :

 

# D $% & '( ) vn x 3.22

 

 

dun t + a2 n un t = fn t n =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3:23

 

 

1 n:

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

* 3.17 3.19 3.2

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

X

fun0

gng vn x = 0

un0 = gn n =

 

 

3:24

 

 

1 n:

 

n=1

 

 

 

 

 

 

 

. /

0 / 1 un t 3.23 , 3.24 , -

, ( :

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

un t = Z e a2 n t

fn d + gne a2 nt:

3:25

 

 

 

0

 

 

 

 

 

* 3.25 3.17 & /

3.6 , 3.8 , 3.2 1 6 1.

* ' 3.25 3.17 ) 1 ' 7&&- ( 8 3.20 3.21 / 1

3.6 , 3.8 , 3.2 & '( 9

t

 

 

 

 

 

 

u x t = Z

ZZZ

f y G x y: t dy d + ZZZ g y G x y: t 0 dy

3:26

0

D

 

 

 

D

 

6

 

 

1

e a2

n t vn y vn x

 

 

 

G x y: t =

X

3:27

 

 

 

n=1

 

 

 

| , .

. ./ -' ) 3.6 , 3.2 -

3.3 | 3.5

 

 

@u

+ u

!

= x t x 2 @D

j j + j j 6= 0 3:28

 

@n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@D

 

 

' / , -

6 . < 1 7 6 ' /

183

3.1.1.

u x t = U x t + w x t

U x t | , wx t | -x t ,!

%. 5 & ' w x t ' ' '.

% ( ( )! , !* ' ++ ! . , +-

(-'

 

 

f~ x t 0 (

g x 0 -

 

&

u x t =

@

t v x t x d = Zt @v x t

x d =

 

 

@t

@t

 

= v x t x 0 + Zt v x t @ @ d

v x t | + ( ' -

 

 

 

t:

 

 

@n@u + u!

@D= 1

j j + j j 6= :0

 

 

 

 

 

 

3.1.

2 & ' + u x t (-' -

@u

2 @2u

 

 

 

@t

= a @x2

D

= fx : 0 x =4g 0 t

:1:1

@D

 

 

@u

 

u x= =4= 0 0 t

 

 

@x x=0= 0

:1:2

(

 

 

 

184

 

 

u

= g x = 2 cos 2x

3 cos 6x

0 x =4:

:1:3

 

 

 

t=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

-

 

 

! "

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u x t = X x T t 60:

 

:1:4

#

 

$ %

 

 

 

 

 

Xx

T 0 t = a2T t X x

,

T t

=

 

X x

 

= :

 

 

a2T t

X x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

% &'(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T t + a2T t = 0

 

 

 

 

 

 

:1:5

 

 

 

X x + X x = 0:

 

 

 

 

 

 

:1:6

#

"

%-

 

 

 

T t X

= 0 X

 

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:1:7

 

 

 

T t X =4 = 0 X =4 = 0:

 

 

, $ -|/

 

 

 

 

 

 

 

%

% .

1

0 . 0 $

! 0-

1 23 % l = =4

 

!

 

 

 

 

 

 

 

n = 4 2n + 12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Xn x = cos

n + 1x

n =

 

:

 

 

 

 

 

0 1

 

 

7 % 8 &'(

 

% = n:

 

 

Tn t + na2Tn t = 0:

9" 0!

Tn t = Ane na2t n = 0 1:

: 2, ; <

unx t = Tn t Xn x = Ane na2t cos n + 1x n = 0 1:

185

 

 

3.1.1 | 3.1.3

-

 

!

 

 

 

 

 

 

 

1

na2t cos 2 2n + 1x

 

 

u x t =

un x t =

Ane

3:1:8

 

 

 

0

n=0

 

 

& & !, (

 

& & -

t

 

& & x.

 

 

)

3.1.8 3.1.3 &

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

g x =

An cos 2 2n + 1x :

3:1:9

n=0

+ ! ( ! , - An & ! - . / 00 =43:

=4

 

 

 

 

 

Z cos 2 2n + 1x cos 2 2k + 1x dx = nk:

 

 

0

 

 

8

 

 

5 (

3.1.9 cos 2 2k + 1x, &

-

 

& x 00 =43 &

 

 

=4

 

1

=4

 

 

Z g x cos 2 2k+1x dx= X An Z cos 2 2n+1x cos 2 2k+1x dx = Ak

:

0

n=0

0

8

 

6 .

 

 

 

 

 

 

= 8

=4

 

 

 

An

Z g x cos 2 2n + 1x dx:

3:1:10

 

 

 

0

 

 

 

) , , / 3.1.8 , & -

 

 

! .

 

 

7 ! g x 3.1.3 , & !.8

 

, / - 3.1.10 , & ! ..

 

) & 3.1.8 3.1.3 & 3.1.9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2 cos 2x

3 cos 6x = X An cos 2 2n + 1x :

3:1:11

 

 

 

 

n=0

 

 

) ! ! ! X0 x = cos 2x, | X1 x = cos 6x. : ! , /

186

 

 

 

-

3.1.11 ,

 

 

 

 

 

A0 = 2

A1 = 3 An = 0

n 6= 0 1:

3:1:12

" # 3.1.12

3.1.8 ,

% -

& .

 

 

 

 

 

. u x t = 2e

4a2t cos 2x 3e

36a2t cos 6x:

 

 

. ( ) 3.27 &

 

 

 

 

 

G x y+ t = 8

e a24 2n+1 2 t cos 2 2n + 1x cos 2 2n + 1y

 

n=0

 

 

 

 

3.26

 

 

 

 

 

 

=4

 

 

 

 

u x t = Z

g y G x y$ t 0 dy:

 

 

0

 

 

 

3.1.1.

& -

 

 

 

@2u

 

 

@u

= a2

 

 

@t

@x2

 

 

 

( ) ( ( ( -.

1.

u x=0= u x= = 0

u t=0= 3 sin 2x sin 3x:

2.

u x=0= ux x= =2= 0

u t=0= 2 sin x

3 sin 5x:

3.

ux x=0= u x= =2= 0

u t=0= 2 cos x + 3 cos 3x:

4.

ux x=0= ux x= = 0

u t=0= 3 + cos x

5 cos 2x:

5.

u x=0= u x=2 = 0

u t=0= 2 sinx=2

sin x:

6.

u x=0= ux x= = 0

u t=0= 3 sinx=2

sin 3x=2:

187

7.

ux x=0= u x= = 0

u t=0= cos x=2

2 cos 5x=2 :

8.

ux x=0= ux x= =2= 0 u t=0= 1 + cos 2x

2 cos 4x:

9.

u x=0= u x=2 = 0

u t=0= sin x=2

3 sin x:

10.

u x=0= ux x=2 = 0

u t=0= 2 sin x=4

 

sin 3x=4 :

11.

ux x=0= u x=2 = 0

u t=0= 3 cos x=4

 

cos 3x=4 :

12.

ux x=0= ux x=2 = 0

u t=0= 2 cos x=2

cos x:

13.

u x=0= u x= = 0 u t=0= sin x

2 sin 3x:

14.

u x=0= ux x= =2= 0

u t=0= 3 sin x

sin 3x:

15.

ux x=0= u x= =2= 0

u t=0= cos x 3 cos 5x:

16.

ux x=0= ux x= = 0

u t=0= 2

cos x + 3 cos 2x:

17.u x=0= u x=2 = 0 u t=0= sin x=2 + 3 sin 2x:

18.u x=0= ux x= = 0 u t=0= sin x=2 + 2 sin 5x=2 :

19.ux x=0= u x= = 0 u t=0= 2 cos x=2 + cos 3x=2 :

20.

ux x=0= ux x= =2= 0 u t=0= 2 cos 2x + cos 6x:

21.

u x=0= u x=2 = 0

u t=0= 3 sin x=2 + sin x:

22.

u x=0= ux x=2 = 0

u t=0= sin x=4

sin 5x=4 :

23.

ux x=0= u x=2 = 0

u t=0= cos x=4

2 cos 5x=4 :

24.

ux x=0= ux x=2 = 0

u t=0= cos x

3 cos 2x:

 

 

188

 

25. u x=0= u x= = 0 u t=0= sin 2x sin 5x:

26.u x=0= ux x= =2= 0 u t=0= sin x + 2 sin 3x:

27.ux x=0= u x= =2= 0 u t=0= cos x + 2 cos 3x:

28.

ux x=0= ux x= = 0

u t=0= 2 cos x

cos 3x:

29.

u x=0= u x=2 = 0

u t=0= sin x 3 sin 5x:

30.

u x=0= ux x= = 0

u t=0= sin 3x=2

sin 5x=2:

3.1.2. - ! - " ! # # $

@u

= a

2

@2u

+ f x t D = fx : 0 x =4g

0 t

3:1:13

@t

 

@x2

 

 

 

 

 

 

 

$ () " () $!)

 

 

 

 

 

 

 

@u

 

 

 

 

 

 

 

 

@x x=0= 0

u x= =4= 0

0 t

 

3:1:14

() $)

 

 

 

 

 

u t=0= g x = 2 cos 2x 3 cos 6x 0 x =4

3:1:15

" * + !

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f x t = cos 2t cos 10x:

 

3:1:16

. , ) $# ) " -) |/- !, ! #$! ! # ) (1 -) 3.1.13 # f x t 0 $ () " ()$!) 3.1.14 $). # ) 3.1.1 3.1.6 , 3.1.7 :

X x + X x = 0

X 0 = 0 X =4 = 0:

189

. 1 . . -

!"

#1.18 , #1.19 l = =4:

4 2n + 12

3:1:17

 

 

 

Xn x = cos 2 2n + 1x n = 0 1:

 

3.1.13 | 3.1.16 ! ! "- $% & ! ' ($ ) "& * ! ) ' ( & 3.1.17 ! ) +'' ( un t

 

1

 

u x t =

un t Xn x = un t cos 2 2n + 1x

3:1:18

0

n=0

 

*" *$ -&, - % '' " ( " ! " * * "-t ! " * * " x.

$% ' ( / f x t ! "& * ! ) ' ( &

1

1

 

f x t =

fn t Xn x = fn t cos 2 2n + 1x :

3:1:19

n=0

n=0

 

1 $ +'' ( ) 2 " fn t $ - & &. ! ! 3.1.19 !

 

1

 

cos 2t cos 10x =

fn t cos 2 2n + 1x

3:1:20

 

n=0

 

- ! $! cos 10x = X2 x | ! & ' ( &. 3" ! ! & +'' ( ) *" !) ! ) ' ( &

! $! *" ! & " ! ! 3.1.20 , *$

 

f2 t = cos 2t

fn t 0 *" n 6=:2

3:1:21

$% ' ( / g x ! "& * ! ) ' ( &

 

1

1

 

g x = gnXn x = gn cos 2 2n + 1x :

3:1:22

n=0

n=0

 

1 +'' ( ) 2 " gn $ - & &. ! ! 3.1.22 !

1

 

2 cos 2x 3 cos 6x = gn cos 2 2n + 1x

3:1:23

n=0

 

190