Скачиваний:
0
Добавлен:
06.09.2025
Размер:
1.16 Mб
Скачать

Энергетический метод

Единственность решения начально-краевой задачи

(x) 2u1 div( p(x) u1) q(x)u1 f (x,t), x , t 0

t2

u1(x,0) (x), ut1 (x,0) (x), x

(x)u1(x,t) (x) u1 (x,t) 0, x , t 0

(x) 2u2 div( p(x) u2 ) q(x)u2 f (x,t), x , t 0

t2

u2 (x,0) (x), ut2 (x,0) (x), x

(x)u2 (x,t) (x) u2 (x,t) 0, x , t 0

u1(x,t) u2 (x,t)

Энергетический метод

u(x,t) u1(x,t) u2 (x,t)

 

 

 

2u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x)

div( p(x) u) q(x)u, x , t 0

 

t2

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x,0) 0,

 

(x,0) 0,

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x)u(x,t) (x)

(x,t) 0, x , t 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E(t)

1

 

 

 

u 2

dx

 

1

 

 

 

2

2

(x)

 

 

2

p(x) | u(x,t) | dx

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

( x)

 

 

 

 

2 q(x) | u(x,t) |2 dx

2 p(x) (x)

| u(x,t) |2 dS

0

Энергетический метод

E(0)

 

1

 

 

u

 

 

 

2

 

 

1

 

 

2

dx

 

(x)

t

(x,0)

dx

2

p(x) | u(x,0) |

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

(x)

 

 

 

 

2 q(x) | u(x,0) |2 dx 2 p(x)

(x) | u(x,0) |2 dS 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E(t) E(0)

E(t) 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

(x)

u

 

2

 

1

 

 

 

2

dx

 

 

 

 

2

 

 

 

 

dx

2

 

p(x) | u(x,t) |

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

2

 

 

1

 

 

 

(x)

 

2

 

 

 

2 q(x) | u(x,t) |

dx

2 p(x) (x)

| u(x,t) |

dS 0

0

Энергетический метод

 

 

u(x,t) 2

(x)

t

 

 

 

 

p(x) | u(x,t) |2

dx 0

dx 0

u(x,t) 0, u(x,t) 0 u(x,t) const

t

u(x,0) 0 u(x,0) 0 u1(x, t) u2 ( x, t)

Энергетический метод

Задача Коши для волнового уравнения

2u a2 u f (x,t), x Rn , t 0

t2

u(x,0) (x), x Rnut (x,0) (x), x Rn

x (x1, x2 ,...xn )

u 2u 2u ... 2u

x12 x22 xn2

Энергетический метод

Интеграл энергии

2u a2 u f (x,t)

t2

(x)

(x)

2

 

 

 

u2

 

 

div( p(x) u) q(x)u f (x,t)

t

 

 

 

 

2

 

1,

, q(x) 1

 

p(x) a

 

E(t)

1

 

 

u 2

a

2

2

 

2

 

 

 

 

| u(x,t) |

dx

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Энергетический метод

Пример: уравнение колебаний струны

2u T 2u F(x,t)

t2 x2

2u

 

T 2u

 

F(x,t)

, a

T

, f (x,t)

F(x,t)

t2

x2

 

 

 

 

 

 

 

2u a2 2u f (x,t)

t2 x2

Энергетический метод

t

(x0

,t0 )

Характеристический конус

D {(x,t) :| x x0 | a(t0 t)}

 

 

 

t T

 

 

DT {(x,t) D : t T}

 

 

единичная внешняя нормаль к DT

 

 

 

 

{ 1, 2 ,..., n , t}

 

 

 

 

 

 

xn

x1

 

 

{x Rn :| x x0 | at0}

 

DT S1 S2 S3

 

 

 

 

 

S1 {(x,t) : x ,t 0}

 

 

 

S2 {(x,t) :| x x0 | a(t0 T ),t T}

 

 

 

S3 {(x,t) : 0 t T,| x x0 | a(t0 t)}

Энергетический метод

Лемма

Любое классическое решение задачи

2u a2 u, (x,t) D

t2

u(x,0) 0, xut (x,0) 0, x

равно нулю всюду в характеристическом конусе D

Энергетический метод

Дифференциальное тождество

 

 

a2

u

 

n

 

 

 

 

i 1 xi

 

xi

u

 

 

 

 

t

t

 

 

2ut2

 

1

 

 

u 2

 

 

 

 

 

2

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

a2 u u

t

a2 | u |2

Соседние файлы в папке Лекции