- •Дистанционный курс высшей математики НИЯУ МИФИ
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Энергетический метод
- •Дистанционный курс высшей математики НИЯУ МИФИ
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
