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УрМатФиз / УрМатФиз с теорией

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. | -, -

4.1.17$ f x t$ 0

 

 

 

4.1.18$ .

4.1.1, |

4.1.7$,

4.1.8$$

X

x$ + X x$ = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

X0$ = 0 X =2$ = 0:

 

 

*

+ ,

. 1 . $. - -

 

.

- / 0

 

. ,

11.22$, 11.23$ l = =2:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n = 2n + 1$2 n =

 

 

 

 

 

 

 

 

0 1

 

 

 

 

 

 

 

4:1:22$

 

 

Xn x$ = sin 2n + 1$x

n =

0 1

:

 

* , 4.1.17$| 4.1.21$ - - 4 / 0 , - / 0 4.1.22$+// 0 un t$

 

1

 

u x t$ =

un t$Xn x$ = un t$ sin 2n + 1$x

4:1:23$

0

n=0

 

, 4 // 0 4 t x. * 4 / 0 f x t$ g x$ p x$ - -

/ 0 4.1.22$

1

 

1

 

 

f x t$ =

fn t$Xn x$ =

fn t$ sin 2n + 1$x

4:1:24$

n=0

 

n=0

 

 

1

 

1

 

 

 

g x$ =

gnXn x$ =

gn sin 2n + 1$x

4:1:25$

n=0

 

n=0

 

 

 

1

 

1

 

 

 

p x$ =

pnXn x$ =

pn sin 2n + 1$x:

4:1:26$

n=0

 

n=0

 

 

 

7 +// 0 fn t$ gn

pn . *-

4.1.24$, 4.1.25$ 4.1.26$

 

 

 

 

 

1

 

 

 

3e t sin x =

fn t$ sin 2n + 1$x

4:1:27$

 

 

n=0

 

 

 

 

 

1

 

 

 

2 sin 3x + sin 5x =

gn sin 2n + 1$x

4:1:28$

 

 

n=0

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

0 =

pn sin 2n + 1$x

4:1:29$

 

 

n=0

 

 

 

241

sin x = X0 x sin 3x = X1 x sin 5x = X2 x |. -4.1.27 , 4.1.28 , 4.1.29 , (

f0 t = 3e t

fn t 0

 

n 6= 0

4:1:30

g1 = 2 g2 = 1

gn = 0

 

 

n 6= 1 2

4:1:31

 

 

 

4:1:32

pn = 0

n =

0 1

:

 

* ( 4.1.23 4.1.24 4.1.17 :

 

8d2un t

2

 

2

9

 

 

2

+ a

2n + 1

 

un t fn t = sin 2n + 1x = 0:

n=0

:

dt

 

 

 

 

-

 

/ 0 1 2 .

( ., 0 , 3. 4-

3 ( 456 ( un t

 

d2un t

+ a22n + 12un t = fn t n =

 

:

4:1:33

0 1

dt2

 

 

 

 

* ( 4.1.23 , 4.1.25 , 4.1.26 0 4.1.19 4.1.20 (

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4:1:34

X fun0 gngsin 2n + 1x = 0

un0 = gn

 

n =

0 1

8

n=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

8dun0

9

 

dun0

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

= pn

 

n = 0 1:

4:1:35

 

dt

pn=sin 2n+1x = 0

dt

n=0

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9 ( un t 3 : ( 1 ; : 4.1.33 , 4.1.34 , 4.1.35 . - 1 ; : n 6=0 1 2 ( 3 : un t 0 56 fn t 0 n 6= 0 0gn = 0 pn = 0 n 6= 12 .

< ; : n 6= 01 2 ( 3 3= . :

2

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

d u

+ a2u0 t = 3e t

u00 = 0

u00 0 = 0

n = 08

4:1:36

 

dt2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

1

+ a29 u1 t = 0

u10 = 2

u10 0 = 0

n = 18

4:1:37

d u

 

 

 

dt2

 

 

 

 

 

2

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

2

+ a225 u2 t = 0

u20 = 1

u20 0 = 0

n = 2:

4:1:38

d u

 

dt2

 

 

 

 

 

 

 

> : ( 1 ; : 4.1.36 . 4 = : 56 (

242

 

 

 

u0

t = A0 cos at + B0 sin at + u : :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u : = Ae t:

 

 

 

 

 

 

! A = 3=

+ a2 : "#

 

 

 

 

 

 

 

 

u0

t = A0 cos at + B0 sin at + 3e t=

+ a2 :

 

 

$%&& ' ( A0 B0

 

) , % ( +

,--

(

 

 

 

 

/ 0 , $

 

 

 

u0t = 3 a1 sin at

cos at + e t! =

+ a2 :

 

:1:39

/ 0 ,

 

 

"# :

 

 

 

 

 

 

 

 

u1 t = A1 cos

at + B1 sin

at :

 

 

 

 

,- (

) A1 = 2 B1 = 0:

 

 

/ 0 , $

 

 

& '

 

 

 

 

 

 

 

 

u1

t = 2 cos at :

 

 

 

:1:40

6 ,

! 0 , $

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u2

t = cos at :

 

 

 

:1:41

 

 

 

 

 

 

 

 

un t 0 n 6= 0 1 2

, ! ) 0 , .

 

 

 

 

.

u x t = 3 1a sin at

cos at + e t! sin x=

+ a2+

 

 

 

+2 cosat

 

sin 3x + cos at sin 5x:

 

 

.

 

 

Gx y t =

4

 

1

 

1

 

sin a

n+1 t sin

n+1x sin

n+1y

a nX

n + 1

 

 

 

=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

! " # "$%& '

t

=2

=2

@G x y t 0

 

ux t = Z Z

f y G x y t dy d + Z g y

dy+

@t

0

0

0

 

 

=2

+ Z p y G x y t 0 dy:

0

243

4.1.2. - -

 

@2u

2

@2u

 

 

 

 

 

@t2

= a

@x2 + f

x t D = fx : 0 x lg 0 t

 

 

 

 

 

u 0 = g x

@u

 

 

 

 

@t t=0= p x 0 x l :

 

1.

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

 

 

 

 

 

f x t = sin 5xe t t

 

g x = 0

p x = sin x 2 sin 3x:

 

2.

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

 

 

 

 

 

f x t = 2 cos 5xt2

 

g x = 0

p x = cos x 3 cos 3x:

 

3.

ux x=0= ux x= = 0

 

 

 

 

 

f x t = 2 cos 3x sh t

g x = 0

p x = cos x + 3 cos 2x:

4.

u x=0= u x=2 = 0

 

 

 

 

 

f x t = sin xe tt

g x = 0 p x = sin x=2 + 2 sin x:

5.

u x=0= ux x= = 0

 

 

 

 

 

f x t = sin 5x=2 sh t g x = sin x=2 + 2 sin 3x=2

p x = 0:

6.

ux x=0= u x= = 0

 

 

 

 

 

f x t = cos 3x=2 3t2

g x = 2 cos x=2 cos 5x=2

p x = 0:

7.

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

 

 

 

 

f x t = cos 2x ch t

g x = cos 2x + cos 4x p x = 0:

8.

u x=0= u x=2 = 0

 

 

 

 

 

f x t = sin x t2 + t

g x = 0

p x = 2 sin x=2 + sin x:

9.

u x=0= ux x=2 = 0

 

 

 

 

 

f x t = sin x=4 e t

g x = 0

p x = sin x=4 + 2 sin 3x=4 :

10.

ux x=0= u x=2 = 0

 

 

 

 

 

f x t = cos x=4 t2

 

g x = 0

p x = 2 cos x=4 + 3 cos 3x=4 :

 

 

 

 

 

244

 

 

.

u

0

= ux

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x=2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f x t = 2 cos 2xte

2t

g x = 0

p x = cos x=2 + 2 cos x:

12.

u x=0= u x= = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f x t = sin 2xe 2t

g x = 3 sin x + sin 3x

p x = 0:

 

13.

u x=0= ux x=

2= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f x t = sin x t2

t

g x = sin x + 3 sin 5x

p x = 0:

14.

ux x=0= u x=

2= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f x t = cos 3x sh t

 

g x = 3 cos x + cos 5x

p x = 0:

15.

ux x=0= ux x= = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f x t = 2 cos xt2

 

g x = cos x

cos 2x

p x = 0:

 

16.

u x=0= u x=2 = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f x t = sin x ch t

 

g x = 0 p x = 3 sin x=2 sin 2x:

17.

u x=0= ux x= = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f x t = sin 3x=2 e

t

g x = 0

p x = 2 sin x=2 sin 5x=2 :

18.

ux x=0= u x= = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f x t = cos x=2 t

 

t2 g x = 0

p x = cos x=2

cos 3x=2 :

19.

ux x=0= ux x=

2= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

f x t = cos 4xte 3t

 

g x = 0 p x = cos 2x

cos 4x:

20.

u x=0= u x=2 = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f x t = sin 2xt3

g x = 2 sin x=2

3 sin x

p x = 0:

21.

u x=0= ux x=2 = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f x t = 2 sin x=4 e

2t

g x = 3 sin x=4 + 2 sin 3x=4

p x = 0:

22.

ux x=0= u x=2 = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f x t = cos 3x=4 e

2t

g x = 5 cos x=4 + cos 3x=4

p x = 0:

23.

ux x=0= ux x=2 = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f x t = cos xte t

 

g x = 3 cos x + 2 cos 3x

p x = 0:

 

 

 

 

 

 

 

245

 

 

 

 

 

24.

u 0 = u x= = 0

 

 

 

 

f x t = 2 sin xe t

g x = 0

p x = 2 sin x

sin 3x:

25.

u x=0= ux x= 2= 0

 

 

 

 

f x t = 3 sin 5xt2

g x = 0

p x = 5 sin x

sin 3x:

26.

ux x=0= u x= 2= 0

 

 

 

 

f x t = cos x sh t

g x = 0

p x = 2 cos x

cos 3x:

27.

ux x=0= ux x= = 0

 

 

 

 

f x t = cos 2xte 2t

g x = 0

p x = cos x + cos 3x:

28.

u x=0= u x=2 = 0

 

 

 

 

f x t = sin 2xte 3t

g x = sin x 3 sin 3x

p x = 0:

29.

u x=0= ux x= = 0

 

 

 

 

f x t = 2 sin x=2 t2

g x = 2 sin x=2 + 3 sin 3x=2 p x = 0:

30.

u x=0= u x= = 0

 

 

 

 

f x t = sin x sh t

g x = sin 2x + sin 3x p x = 0:

4.2.,

, ,

4.2.1.

1 -

! ! "

# $ " % "& $# D

 

 

 

@2u

2

4u + f x y t D

= f x y : 0 x 0 y =2g 0 t

2

= a

@t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4:2:1

( # )& $( "&

@D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

= u

 

=

@u

= @u

 

= 0 0 t

4:2:2

 

 

 

x=0

 

x=

 

@y y=0

@y y=

2

 

 

)& $( "&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u t=0= g x y = 2 sin x cos 2y

4:2:3

246

@u

x y 2 D

:2:4

= p x y = 4 sin x cos 4y

@t 0

 

 

 

 

 

f x y t = 3 sin 2x cos 4ye

t :

:2:5

2 - -D

@2u

= a24u + f r ' t D = f r ' : 0 r b 0 ' =2g

2

@t

 

 

 

 

# @D

 

 

 

@u

@u

 

 

 

@' '=0=

@' '= =2= u r=b= 0 0 t

#

 

 

 

 

 

0

2 r1

 

u t=0= g r ' = J2 B

1

C cos 2'

 

 

@

b

A

@u

0

24 r1

@t

t=0= p r ' = 2J4 B

b

C cos 4'

@

A

 

0 r1

 

0

2t

f r ' t = 2J0 B

2

C e

@

b

A

 

0 t :2:6

:2:7

:2:8

:2:9

:2:10

2kn | k- J2n = 0 J2n x | ) * + 2n- , .

. 1 . / |0 ,, , #2

 

, f x y t 0 # # -

 

3 4 , , 2.8.1. .5-

# 67 5 # ) * 6 )

nk = n2 + 2k 2 vnk x y = sin nx cos ky jjvnkjj2 =

2 n0 + 1

 

 

 

 

 

 

8

 

n =

1 1

k =

0 1

:

 

 

3 2 5 8 , 4 5 # ) * , , , 8 ))- * 8 # , , # x y t:

247

11 1

ux y t =

unk t vnk x y =

unk

t sin nx cos ky :

1 k=0

n=1 k=0

 

 

 

 

:2:11

f x y t, g x y, p x y

 

! " vnk

x y:

 

1

1

 

fx y t = 3 sin 2x cos 4y e t =

fnk t vnk x y =

n=1 k=0

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

fnk

t sin nx cos

ky

:2:12

 

 

 

n=1 k=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

g x y = 2 sin x cos 2y =

 

gnkvnk x y =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1 k=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

gnk sin nx cos

 

ky

:2:13

 

 

 

 

n=1 k=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

p x y = 4 sin x cos 4y =

 

pnkvnk x y =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1 k=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

pnk sin nx cos 2ky

:2:14

 

 

 

 

n=1 k=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

$%

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fnk

t =

 

 

 

 

 

ZZ

f x y t vnk

x y dxdy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jjvnkjj

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gnk =

 

 

1

 

 

 

ZZ

g x y vnk x y dxdy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jjvnkjj

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

ZZ p x y vnk x y dxdy

 

 

 

 

 

 

 

pnk =

 

n = 1 1

k = 0 1:

 

 

jjvnkjj

2

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

' ( ) * + , fnk t, gnk pnk" , $ - $ .. / , ) v22 x y =

= sin 2x cos 4y

v11 x y = sin x cos 2y

v12 x y = sin x cos 4y -

* % ! ! -!

)

 

 

f22

t = 3e t

fnk t 0 n k 6=2 2

 

g11 = 2

gnk = 0

n k 6=1 1

248

p12 = 4 pnk = 0 n k 6= 1 2

4.2.11 , 4.2.12 4.2.1 ,

1 8d2unk t

dt2 + a2 nkunk t

n=1 k=0 :

fnk t 9= vnk x y = 0:

! " D

d2unk t

2

 

 

 

 

 

 

nkunk t = fnk t n = 1 1 k = 0 1:

4:2:15

dt2

+ a

 

 

 

 

 

 

 

4.2.11 , 4.2.13 4.2.14 % &

4.2.3 , 4.2.4

11

 

X Xfunk0 gnkgvnk x y = 0

unk0 = gnk

 

4:2:16

 

n=1 k=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 1

8dunk0

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

dunk0

= pnk

4:2:17

 

X X

 

dt

 

pnk= vnk x y = 0

 

 

dt

 

 

 

n=1 k=0

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n =

1 1

k

0 1

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2.15 | 4.2.17 , : n k = 1 1 ,

n k = 1 2 n k = 2 2

!"

-

$%

&$' ( 4.2.16 , 4.2.17 ,

 

$'$% , unk t

0

 

n k

6=11 , n k 6=12 n k 6=22: + ( $%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d2u11 t

 

2

11u11 t = 0

 

 

u110 = 2

du110

= 0-

 

 

 

dt2

+ a

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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