Kurs_vysshei_matematiki_UP_Berkov_N.A._2007-2
.pdft\x
t = 0 t = 0, 20 t = 0, 40 t = 0, 60 t = 0, 80 t = 1, 00
2 |
|
0 |
t=0 |
|
t=0,2 |
-2 |
t=0,4 |
|
t=0,6 |
-4 |
t=0,8 |
|
t=1,0 |
-6 |
|
|
|
|
|
-8 |
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0 |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
1 |
F unB(x, t) ∂U
∂x
|
|
|
|
|
u(x, y) |
|
|
|
|
||
|
∂2u |
|
∂2u |
|
∂ |
2u |
|
||||
A(x, y) |
|
|
+ 2B(x, y) |
|
|
+ C(x, y) |
|
|
+ |
||
∂2x |
∂x∂y |
∂ |
2y |
||||||||
+D(x, y) |
∂u |
|
+ E(x, y) |
∂u |
+ G(x, y) = 0. |
|
|||||
∂x |
|
|
|||||||||
|
|
|
∂y |
|
|
|
|
x y ξ η
ξ = ϕ(x, y),
η= ψ(x, y).
x y
ϕ(x, y) |
ψ(x, y) |
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∂u |
|
∂u |
∂2u |
|
∂2u |
|||
|
∂2u |
|
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∂u ∂u ∂2u ∂2u ∂2u |
|
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∂x |
|
∂y |
|
∂x2 |
|
∂x∂y |
|||||||||||||||||||||||||
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∂y2 |
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∂ξ ∂η |
|
∂ξ2 |
|
|
∂ξ∂η |
|
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∂η2 |
|
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|||||||||||||||
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|
∂u |
= |
∂u |
|
∂ξ |
|
+ |
|
∂u ∂η |
; |
|
∂u |
= |
|
∂u |
|
|
∂ξ |
+ |
|
∂u ∂η |
; |
|
|
|
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|||||||||||||||||||
|
|
|
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|||||||||||||||||
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|
∂x |
|
∂ξ ∂x |
|
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|
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|
|
∂y |
|
|
∂η ∂y |
|
|
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||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
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|
|
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|
|
∂η ∂x |
|
|
|
∂ξ ∂y |
|
|
|
|
|
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|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
∂2u |
|
|
∂ |
|
|
∂u |
|
|
|
|
|
∂ |
|
∂u |
∂ξ |
|
|
∂u ∂ |
|
∂ξ |
|
|
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|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
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|
= |
|
|
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|
|
= |
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|
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|
+ |
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|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
∂x2 |
|
∂x |
∂x |
∂x |
∂ξ |
∂x |
∂ξ |
∂x |
∂x |
|
|
|
|
B2(x, y) −A(x, y)C(x, y) < 0 D
B2(x, y)−A(x, y)C(x, y) = 0 D
|
|
|
|
|
|
|
∂2u |
|
2 ∂2u |
|
|
∂u |
= a |
2 ∂2u |
|
∂2u |
|
∂2u |
|
|
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|||||||||||||
|
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|
= a |
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, |
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, |
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+ |
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|
= 0. |
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|||||
|
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|
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|
|
2 |
|
∂x |
2 |
∂t |
|
∂x |
2 |
∂x |
2 |
|
|
∂y |
2 |
|
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||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
∂t |
|
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||||||||
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∂2u |
2 ∂2u |
|
|
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|
2 ∂2u |
− |
∂2u |
|
|||||||||
|
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|
= a |
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a |
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|
|
= 0 |
||||||||
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|
∂t2 |
∂x2 |
|
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|
∂x2 |
∂t2 |
|||||||||||||
|
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|
A = a2 B = 0 C = −1 B2 − AC = a2 > 0 |
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|
2 |
u |
|
|
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|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
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∂u |
|
|
2 ∂ |
|
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|||||||||
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= a |
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||||||
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2 ∂2u |
|
∂u |
|
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|
∂t |
|
∂x2 |
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||||||||||||
|
− |
= 0 |
|
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|
2 |
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|
2 |
−AC = 0 |
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|||||||||||||||
a |
|
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|
A = a B = 0 C = 0 B |
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|||||||||||||||||||||||||||
|
∂x2 |
∂t |
|
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|
∂2u |
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||
|
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∂2u |
+ |
= 0 |
|||||
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∂x2 |
∂y2 |
A = 1 B = 0 C = 1 B2 − AC = −1 < 0
A B C
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D |
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ϕ(x, y) = C1 |
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||||
ψ(x, y) = C2 |
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|||
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ξ = ϕ(x, y) η = ψ(x, y) |
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||||||
ϕ(x, y) |
ψ(x, y) |
|
|
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|
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|
A |
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|||||
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|
∂2u ∂2u |
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
∂ξ |
2 |
∂ξ ∂ξ |
|
|||||||
|
|
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|
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|
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|
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|
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|
+ 2B |
+ |
||||||||||
|
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|
|
|
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|
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|
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|
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|
||||
+C |
|
|
∂ξ2 |
|
∂η2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂x |
∂x ∂y |
||||||
∂ξ |
2 |
|
|
|
∂η |
|
2 |
|
∂η ∂η |
|
∂η |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
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||||||||
|
|
= 0 A |
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+ 2B |
|
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|
+ C |
|
|
= 0 |
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|
|
|
|
|
||||
∂y |
∂x |
|
∂x ∂y |
∂y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂2u |
|
ξ, η, u, |
∂u |
∂u |
= 0 A1 |
||||||||||
2 |
|
|
A1 + F1 |
|
|
, |
|
|
|||||||||
∂ξ∂η |
∂ξ |
∂η |
|||||||||||||||
2 |
∂2u |
|
|
|
|
|
∂2u |
|
|
|
|
||||||
∂ξ∂η |
|
|
|
|
∂ξ∂η |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
∂2u |
= |
ξ, η, u, |
∂u |
, |
∂u |
. |
||||||
|
|
|
|
|
∂ξ∂η |
∂ξ |
∂η |
||||||||||
|
|
|
u(ξ, η) |
|
|
|
|
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|
u(ϕ(x, y), ψ(x, y)) |
||
|
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|
∂2u |
|
2 ∂2u |
|
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|||||||||||||||
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|
= a |
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|
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|
|
|
|||
|
|
2 |
|
|
|
∂x |
2 |
|
|
|
|
|
|
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||||||||
|
∂t |
|
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|||||
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|
2 ∂2u |
∂2u |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
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|
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|
a |
|
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|
− |
|
|
|
= 0 |
||
A = a2 B = 0 C = −1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂x2 |
∂t2 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
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|
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|
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
dt |
|
|
2 |
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|
dt |
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||||||||
a2 |
− 1 = 0 |
|
|
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|||||||||||||||||||||
dx |
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dx |
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|||||||||||||||||||||||||
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dt |
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dt |
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||||||
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|
a |
|
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|
− 1 = 0 −a |
|
|
|
|
− 1 = 0 |
|
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dx |
dx |
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+a |
dt |
|
− 1 = 0 a |
|
dt |
= 1 |
at + C1 = x x − at = C1. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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dx |
dx |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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−a |
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dt |
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dt |
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|||||||||||
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− 1 = 0 −a |
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= 1 |
−at + C2 = x x + at = C2. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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|
|
|
|
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dx |
dx |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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ξ = x − at |
η = x + at |
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||||||||||||||||||||||||
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x |
t |
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ξ η |
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|
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|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
ξ = x − at |
|
∂ξ |
= 1; |
|
|
|
∂ξ |
|
= −a; |
|
|
|
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|
|
|
|
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|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
∂x |
|
|
∂t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
η = x + at |
|
∂η |
|
= 1; |
|
|
|
∂η |
|
= a; |
|
|
|
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|
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|
|
|
|
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|
|
|
|
|
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|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
∂x |
|
|
|
∂t |
|
|
∂u |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
∂u |
|
|
|
|
|
∂u ∂ξ |
|
|
|
|
∂u ∂η |
|
|
|
−a |
∂u |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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||||||||||||||||||||||||||||||
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|
|
= |
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
+ a |
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
∂t |
|
∂ξ ∂t |
∂η ∂t |
|
∂ξ |
∂η |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
∂u |
= |
|
∂u ∂ξ |
+ |
|
∂u ∂η |
= |
|
∂u |
+ |
|
∂u |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
∂x |
|
|
∂ξ ∂x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂ξ |
|
∂η |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂η ∂x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
∂2u |
|
|
|
|
|
|
|
∂ |
|
|
|
|
∂u |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂ |
|
|
|
∂u |
|
|
|
|
|
∂2u ∂ξ |
|
|
∂2u ∂η |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
= −a |
|
|
|
|
|
+ a |
|
|
|
|
|
= −a |
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
+ |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
∂t2 |
|
∂t |
∂ξ |
∂t |
|
∂η |
∂ξ2 |
∂t |
∂ξ∂η |
∂t |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
+a |
|
∂2u ∂t ∂2u ∂η |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂2u |
|
∂2u |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
= −a − |
|
a + |
|
a + |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
∂ξ∂η |
∂η |
∂η2 |
∂t |
∂ξ2 |
∂ξ∂η |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂2u |
|
|
|
|
|
∂2u |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂2u |
|
∂2u |
|
|
∂2u |
|
||||||||||||||||||||||
+a − |
|
|
|
|
|
a + |
|
|
|
|
a = a2 |
|
|
|
|
|
− |
2 |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
; |
|
||||||||||||||||||||||||
∂ξ∂η |
∂η2 |
∂ξ2 |
∂ξ∂η |
∂η2 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
∂2u |
|
|
|
|
∂ ∂u ∂u |
|
∂2u ∂ξ |
|
|
|
∂2u ∂η |
|
|
|
∂2u ∂ξ |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
+ |
||||||||||||||||
|
∂x2 |
∂x |
∂ξ |
∂η |
|
∂ξ2 ∂x |
∂ξ∂η |
∂x |
|
∂ξ∂η ∂x |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
+ |
∂2u ∂η |
= |
∂2u |
|
|
|
|
|
∂2u |
+ |
∂2u |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
+ 2 |
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
∂η2 ∂x |
∂ξ2 |
∂ξ∂η |
∂η2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
∂2u |
|
|
|
|
∂2u |
|
∂2u |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂2u |
|
|
|
|
∂2u |
|
|
∂2u |
|
|||||||||||||||||||||||
a2 |
|
|
|
+ 2 |
|
|
+ |
|
|
− a2 |
|
|
|
− 2 |
|
|
+ |
|
= 0, |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
∂ξ2 |
∂ξ∂η |
∂η2 |
∂ξ2 |
∂ξ∂η |
∂η2 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂2u |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
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|
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|
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|
|||||
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|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂ξ∂η |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
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|
|
|
|
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|
|
|
|
ξ η |
|
|
|
|
|
u(ξ, η) = F (ξ) + (η) |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
ξ = x − at, η = x + at |
|
u(t, x) = F (x − at) + (x + at).
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
|
|
|
ϕ(x, y) = C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
ξ = ϕ(x, y) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
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|||||||
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|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ϕx |
ϕy |
= 0 |
|
|
|
||||||
|
|
|
η = y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂2u |
|
|
ϕ(x, y) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
∂ξ2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂ξ |
|
2 |
|
∂ξ ∂ξ |
|
∂ξ |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
+ 2B |
|
|
|
|
|
+ C |
|
|
= 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
∂x |
|
|
∂x ∂y |
∂y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
√ |
|
|
|
B2 − AC = 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
B = AC |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
∂ξ |
2 |
|
∂ξ ∂ξ |
|
|
∂ξ |
|
2 |
|
|
∂ξ |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
∂ξ ∂ξ |
|
|||||||||||||
0 = A |
+ 2B |
+ C |
|
|
|
= A |
+ 2√A√C |
|
+ |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
∂x |
∂x ∂y |
∂y |
|
|
∂x |
|
∂x ∂y |