Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Kurs_vysshei_matematiki_UP_Berkov_N.A._2007-2

.pdf
Скачиваний:
68
Добавлен:
10.06.2015
Размер:
9.19 Mб
Скачать

 

 

 

 

 

∂u

 

 

 

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u x=0

= 0,

∂x

x=l

=

 

ES

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

t = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t = 0

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

ESux(x, 0) = P u (x, 0) =

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ES

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ux(x, 0)dx =

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

x u(x, 0) − u(0, 0) =

 

x.

 

 

ES

ES

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(0, 0) = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0) =

= u|t=0 =

P

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

ES

 

 

 

 

 

 

 

ut|t=0 = 0.

 

 

 

 

 

P

 

 

 

U |t=0 =

 

 

x, ut|t=0

= 0,

 

 

 

ES

σ Θ σ1

Θ + dΘ

Θ(x, t)

σ σ1

σ σ1 σ

 

 

 

σ

 

 

σ1

dσ

 

 

 

 

 

 

L

r

dθ

 

 

 

 

 

 

K

 

 

 

K

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1=x+dx

 

0

θ

 

x

θ

 

l

 

 

 

L

R

 

 

 

 

 

L

 

 

l

 

 

 

 

 

θ

x

α

 

K

 

 

 

K

 

K

 

 

γ

 

 

 

r

τ KK KL

= ·

τ G L KK G

= tg = | |

L KK L KK L K /dx.

|K L | ≈ | K L | = rdΘ

Θ

L KK rd /dx.

τ τ = Gr ddxΘ .

τ dσ = Gr ddxΘ dσ.

dMx

dMx = rτ dσ = Gr2 ddxΘ dσ.

 

 

 

 

 

 

Mx

 

σ

σ

Gr2 dx = G dx

σ

r2= GΘx(x, t)J0,

Mx =

 

 

 

dΘ

 

dΘ

 

 

J0 = r2

σ

Mx+dx Mx σ1 σ

Mx+dx Mx = G

(2Θ/∂x2)dx

K 2Θ/∂t2

#Θx(x + dx, t) Θx(x, t)$ J0 ≈ G 2Θ dxJ0. ∂x2

Θx(x + dx, t) Θx(x, t)

σ1 σ K·dx

 

2Θ

= Mx+dx Mx = G

2Θ

 

Kdx

 

 

dxJ0

,

∂t2

∂x2

 

 

 

2Θ

= a2

2Θ

,

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

∂t

 

∂x

 

 

 

 

a2 = GJK0

Θ(x, t) l

α α

γ Mx t = 0

 

 

|

K L

|

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RΘ

γ ≈ tg γ ≈

 

 

 

 

 

 

KK L , |K L | ≈ | K L

| = RΘ γ =

 

 

 

;

 

 

x

 

 

 

 

 

 

x

 

K L

|

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

γ ≈ tg γ ≈

|

 

 

 

 

 

KK L , |K L | ≈ | K L | = Rα γ =

 

 

.

 

x

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

γ

 

 

 

 

t = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RΘ

=

 

 

 

 

 

Θ|t=0 =

α

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

l

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Θ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Θ x=0 = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

t=0

= 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ml = 0 GJ0 ∂x

x=l

 

 

Ml

 

x=l = 0.

= 0 ∂t

 

Θ

 

 

 

 

 

Θ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

Θ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Θ|t=0 = α

l

,

 

 

∂t

t=0

= 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Θ|x=0 = 0,

 

 

∂x x=l = 0.

 

 

 

 

 

Θ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J1

α

 

 

 

 

 

 

Θ|x=0 = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ml

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2Θ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

GJ

Θ

 

+ J

 

 

2Θ

 

 

 

 

 

 

 

J1

= ∂t2

x=l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

∂x x=l

 

1

 

∂t2 x=l

 

 

 

 

 

Θ

 

 

 

 

 

 

 

2Θ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Θx=0 = 0, GJ0

∂x

x=l + J1

 

∂t2

x=l

= 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x :

−∞ < x < ∞

ξ = x − at η = x + at

2u

∂ξ∂η

= 0,

u(ξ, η) = F (ξ) + (η)

x t u(x, t) = F (x − at) + (x + at).

 

F (x−at)

F (x)

at

a

(x + at)

(x)

a

t = 0

u = F (x) + (x)

F (x − at)

a

(x + at)

 

U

F(x)

F(x-at)

 

 

Φ (x+at)

Φ(x)

 

 

 

 

F(x-at)+ Φ (x+at)

 

 

 

 

x

F(x-at)+ Φ (x+at)

 

 

F(x-at)+ Φ (x+at)

F

u(x, 0) = F (x) + (x) = ϕ(x).

ut(x, t) = −aF (x − at) + a (x + at), ut(x, 0) = −aF (x) + a (x) = ψ(x)

 

 

z

 

 

x

x ψ(z)dz = −a x F (z)dz + a x

(z)dz = −a

F (x) − F (0)

+

0

0

0

 

 

 

+a( (x) (0)) = a ( (x) − F (x)) − aC,

C = (0) − F (0).

 

 

x

 

(x) − F (x) =

1

0

ψ(z)dz + C.

 

a

F (x) (x)

(x) + F (x) = ϕ(x)

(x) − F (x) = 1 x ψ(z)dz + C. a 0

(x) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

x

ψ(z)dz + C2

2

ϕ(x) +

2ax0

 

 

 

 

 

 

0

 

 

x

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F (x) =

 

ϕ(x)

 

 

 

 

ψ(z)dz

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2a

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

x + at

x − at

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x+at

ψ(z)dz + C2

 

 

 

 

 

 

 

(x + at) = 21 ϕ(x + at) + 21a

0

 

 

1

1

0

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x at

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ϕ(x at)

 

 

 

ψ(z)dz 2 .

F (x at) = 2

 

2a

 

 

 

 

 

 

 

x+at

u(x, t) =

ϕ(x − at)

+ ϕ(x + at)

+

1

 

 

ψ(z)dz.

 

 

 

 

2

2a

x−at

 

2u

 

= 4

2u

, u(x, 0) = 0,

ut(x, 0) = U0 arctg x.

 

 

 

∂t2

∂x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x+at

 

 

z arctg z

 

 

 

x+at

 

 

 

 

 

U

 

 

 

U

x+at

 

 

zdz

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, t) =

0

arctg zdz =

0

x−at

 

=

4

4

 

1 + z2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x−at

x−at

 

U

z arctg z −

1

 

 

x+at

 

U

(x + at) arctg(x + at)

=

 

 

40

2 ln(1 + z2) x at = 40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1 + (x − at)2

 

 

 

(x

at) arctg(x

at) +

ln

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 1 + (x + at)2

x

u(0, t) = 0.

x 0 ϕ(x) ψ(x) x < 0 u(0, t)

 

 

 

 

 

at

 

 

+ ϕ(at)

 

1

 

 

 

u(0, t) =

ϕ(−at)

+

 

 

ψ(z)dz.

2

2a

−at

u(0, t) = 0

ϕ(x) ψ(x)

ϕ(−x) = −ϕ(x), ψ(−x) = −ψ(x),

 

 

 

at

 

 

+ ϕ(at)

 

 

 

ϕ(−at) = −ϕ(at),

ϕ(−at)

= 0,

ψ(z)dz = 0,

2

−at

x 0

x < 0

x − at > 0

(t < x/a)

x − at < 0 (t > x/a)

u(x, t) =

ϕ(x + at) + ϕ(x − at)

+

1

2

 

2a

x

 

 

0 < t

,

 

 

a

 

 

 

 

 

 

ϕ(x + at) − ϕ(x − at)

+

1

 

2a

2

 

 

 

xa < t < ∞.

ux(0, t) = 0.

x 0

x+at

ψ(z)dz,

x−at

x+at

ψ(z)dz,

(x−at)

ϕ(−x) = ϕ(x), ψ(−x) = ψ(x).

 

 

ϕ(x + at) + ϕ(x at)

 

 

1 x+at

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

+ 2a x−at ψ(z)dz,

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

u(x, t) =

 

ϕ(x + at) + ϕ(at

 

 

x)

1

x+at

 

 

 

 

 

 

+

 

 

ψ(z)dz +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a < t < ∞

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2a

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 < t x a

at−x

ψ(z)dz ,

0

u

x=0

 

 

 

 

∂u

u t=0 = 100 · e−x

 

 

 

= 100 · e

 

,

∂x

 

= 20 30

· e

 

.

 

4t

 

 

 

 

 

 

 

7t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

um0 = 100

·

e−xm ,

n+1

m = 0, 1, 2, ..., M ;

 

 

u

n+1

 

 

 

e4t

,

n = 0, 1, 2, ..., N

1;

 

= 100

 

 

 

 

0

 

n+1·

 

 

 

20

30 · e7t

n+1

 

 

 

 

n+1

 

uM−1 + h

 

 

 

 

 

 

uM

=

 

 

 

 

 

· 1 + h

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L = 1 a = 1 r = 0.5

 

 

r · h2

 

 

 

h

 

 

 

 

τ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B2 D2 r h

A3 t/x

xm B3 C3

= D2 D3 = C3 + $D$2

L3

 

t

 

 

 

A4

 

 

 

A5

 

 

 

= $B$2 $D$2 2

A6

= A5 + A$5

A204

B4 : L4

B4

 

= 100 EXP (−B3)

L4 B5 = 100 EXP (4 A5)

C5

= $B$2 D4 + (1 2 $B$2) C4 + $B$2 B4

K5 L5

= (K5 + $D$2 (20 30 EXP (7 $A5)/(1 + $D$2)))

t = 1 B5 : L5

t = 0; 0.1; 0.2; 0.4; 0.6 1.0

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]