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(r, ϕ)

u(r, ϕ)|r=R = ψ(R cos ϕ, R sin ϕ) = f (ϕ),

f (ϕ) L r = R

u(r, ϕ) = R(r)(ϕ).

(ϕ)R (r) + 1r (ϕ)R (r) + r12 R(r) (ϕ) = 0.

rR (r) + r2R (r)

=

(ϕ)

= C.

R(r)

(ϕ)

C

C = −λ2.

(ϕ) + λ2 (ϕ) = 0,

r2R (r) + rR (r) − λ2R(r) = 0.

 

 

(ϕ) = A cos(λϕ) + B sin(λϕ).

 

 

 

 

ϕ

2π

 

 

(r, ϕ)

 

 

 

ϕ

 

 

2π

λ = 1, 2, 3, . . .

 

 

 

 

 

k(ϕ)

 

 

 

 

k(ϕ) = Ak cos() + Bk sin(), k = 1, 2, 3, . . .

 

 

 

 

λ

λ

 

 

 

 

Bk

 

 

 

R(r) = rm

 

R (r) = mrm−1, R (r) = m(m

1)rm−2

 

 

r2m(m − 1)rm−2 + rmrm−1 − λ2rm = 0

 

2

2

 

 

m

− λ = 0

m1,2 = ±λ

 

 

 

R1(r) = rλ

R2(r) = r−λ

R2(r) = r−λ

 

r → 0

 

 

 

 

R(r) = Crλ λ = k

Rk(r) = Ckrk.

uk(r, ϕ)

uk(r, ϕ) = Rk(r)k(ϕ) = (Ak cos() + Bk sin())Ckrk = = (ak cos() + bk sin())rk, k = 1, 2, 3, . . .

u0(r, ϕ) = a0/2

u(r, ϕ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a0

 

(ak cos() + bk sin())rk.

u(r, ϕ) =

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

k=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ak

 

 

 

bk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(r, ϕ)|r=R =

 

2

+

(akRk cos() + bkRk sin()) = f (ϕ),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

a0 =

 

 

 

f (ϕ)dϕ,

akRk =

 

 

f (ϕ) cos()dϕ,

π

π

 

 

 

 

−π

 

 

 

 

 

 

 

−π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

bkRk =

1

 

f (ϕ) sin()dϕ,

 

k = 1, 2, 3, . . .

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

1

 

 

−π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

π

 

1

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

π

 

a0 =

π

 

 

 

 

 

f (ϕ)dϕ,

ak =

Rkπ

 

−π

f (ϕ) cos()dϕ,

 

 

 

 

−π

 

 

 

 

 

 

 

 

bk =

 

−π f (ϕ) sin()dϕ,

 

k = 1, 2, 3, . . .

Rkπ

 

ak bk

R

10C 00C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (ϕ) =

1,

 

 

 

 

 

0 ϕ π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,

 

 

 

 

 

π < ϕ < 2π.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

π

 

2π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

a0 =

 

0

1+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ak =

 

 

1 cos()= 0.

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

π

 

 

 

0= 1,

 

πRk

 

b

 

=

1

 

0

 

1 sin()=

1 (1)k

 

b

 

= 0, b

 

 

=

2

.

k

 

 

 

 

 

 

 

2n

2n−1

πR2n−1(2n − 1)

 

 

 

πRk

 

 

 

 

 

 

 

 

πRkk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(r, ϕ) =

1 + 2

 

r

2n−1 sin((2n − 1)ϕ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 π n=1

R

 

 

 

 

2n − 1

 

 

 

 

 

1

2π

R2 − τ 2

 

u(r, ϕ) =

f (τ )

dτ.

 

 

 

2π

0

R2 2cos(τ − ϕ) + τ 2

 

0z

a b

M x N y x y hx hy

y

b

 

 

m,n

0

x

a

 

 

 

 

 

 

 

 

2u

 

 

2u

 

(m, n)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x2

 

∂y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

um+1,n 2um,n + um−1,n + um,n+1 2um,n + um,n−1 = 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hx2

 

 

 

 

 

 

 

 

hy2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n = 1, 2, . . . N

 

 

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

1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

m,0

= ϕ(x

m

, 0),

m = 0, 1, . . . , M,

 

 

 

 

 

 

 

m = 0, 1, . . . , M,

 

 

 

um,N = ϕ(xm, b),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= ϕ(0, yn),

n = 1, 2, . . . , N − 1,

 

 

 

u0,n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

uM,n = ϕ(a, yn),

 

 

 

x y

U

(N + 1)(M + 1)

N M

um,n

(p + 1) u (p)

um,n(p+1) = um(p+1)

,n + um(p)

1,n + r um,n(p)

+1 + um,n(p) 1

/ (2(r + 1)) ,

r = (hx/hy)2 u

um,n

ε

|u(m,np+1) − u(m,np) | < ε.

um,n(p+1) =

ω

(um(p+1)

,n + um(p)

1,n + r(um,n(p)

+1 + um,n(p)

1)) + (1 −ω)um,n(p) ,

2(r + 1)

ω

ω

ω

u(0)

 

 

D :

 

 

 

 

∂u

= A

2u

+

2u

.

∂t

 

∂x2

∂y2

(t, x, y)

tn = nτ,

n = 0, 1, 2, . . .

xm = mh,

m = 0, ±1, ±2, . . .

y

k

n

n

±

±

2, . . .

 

= kl,

k = 0,

1,

 

u(t , xm, yk) = Um,k.

δUm,kn = λn · etw1mh · etw2kl.

 

 

 

 

 

∂u

 

 

πx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

= sin πx,

 

 

 

 

= 0, 5 · cos 2

t=0

 

∂t t=0

 

= 0,

u +

∂u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u x=0

∂x x=L = 0, 1 sin 2πt.

um0

= sin πxm,

 

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

 

um1

− um0

= 0, 5

·

cos

πxm

,

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

 

 

 

2

 

τ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

un+1

= 0,

 

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

1;

 

0

 

 

 

n+1

n n+1

 

 

 

 

n+1

 

uM

− uM−1

 

 

 

n+1

 

uM

 

+

 

 

h

 

 

 

= 0, 1 · sin 2πt

, n = 0, 1, ..., N − 1.

u0m = sin πxm.

u1m = u0m + τ · cos(0, 5πxm).

un0 +1 = 0.

unM+1 = unM+11 + h · 0.1 · sin(2πtn+1) /(1 + h).

h

0, 05 τ r · h

r 1 r

 

 

B2

D2

F 2

r h

τ

 

= B2 D2

 

 

A3

t/x

 

xm

 

B3

C3

= D2

D3

= C3+$D$2

 

V 3 x = 1

 

 

 

t

 

A4

A5 = $F $2 A6 = A5 + $F $2

A24

B4 : V 4

= sin(3, 14159 B$3)

B4

L4

= C4 + $F $2 cos(1, 5708 C$3)

B5

 

C6

 

U 6

 

B6

= 0

V 5

 

= (U 6 + $D$2 0, 1sin(6, 28 $A5)/(1 + $D$2)) A6 : V 6

t = 0; 0.2; 0.4; 0.6; 0.8 1.0

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]