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

 

 

 

 

 

 

∂ξ

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ξ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ξ

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+C

= A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂y

∂x

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ξ

 

+

 

 

 

∂ξ

 

= 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

 

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂η2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂η

 

 

 

 

 

∂η

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂η

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

∂η ∂η

 

 

 

 

 

 

 

∂η

 

2

η = y

 

 

 

= 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

= 1 A

 

 

 

 

 

+ 2B

 

 

 

 

 

 

+ C

 

 

 

 

= C.

 

∂x

 

 

∂y

∂x

∂x ∂y

 

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ξ∂η

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ξ ∂η

 

 

 

 

 

 

 

∂ξ ∂η

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ξ ∂η

 

 

 

∂ξ ∂η

 

 

 

 

∂ξ

 

 

 

 

∂ξ

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

+ B

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

+ C

 

 

 

 

 

 

 

 

= A

 

0 + B

 

 

1+

 

∂x ∂x

∂x ∂y

∂y

∂x

∂y

∂y

∂x

∂x

 

 

∂ξ

 

 

 

 

∂ξ

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ξ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ξ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ξ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ξ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

0 + C

 

 

1 = B

 

 

 

 

 

+ C

 

 

= AC

 

 

+ CC

 

 

=

 

 

∂y

∂y

∂x

∂y

∂x

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ξ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ξ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= C A

 

+ C

 

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2u

C ∂η2 + F1

η = ϕ(x, y)

ξ, η, u,

∂u

∂u

= 0

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

∂ξ

∂η

 

 

 

 

 

 

2u

 

 

 

ξ, η, u,

∂u

,

∂u

.

 

 

 

=

1

 

 

 

 

∂η2

∂ξ

∂η

 

u(ξ, η)

 

 

 

 

 

 

 

u(ϕ(x, y), y)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ξ = x

 

 

2u

 

 

 

ξ, η, u,

∂u

,

∂u

,

 

 

 

=

2

 

 

 

 

∂ξ2

∂ξ

∂η

x2

2u

2xy

2u

+ y2

2u

+ 2x

∂u

= 0

 

 

 

 

 

∂x2

∂x∂y

∂y2

∂x

= 0

 

 

A = x2 B = −xy C = y2 B2−AC = (xy)2−x2y2 =

 

 

 

 

 

 

x y

 

x2

dy

 

2

 

dy

 

x

dy

 

2

 

 

+ 2xy

+ y2 = 0

+ y = 0.

 

 

 

 

dx

 

dx

dx

dxdy = xy xy = C

ξ = xy η = y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ξ

 

 

= y;

 

 

∂ξ

 

= x;

 

 

∂η

= 0;

 

 

∂η

= 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

 

 

 

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u ∂u ∂2u ∂2u ∂2u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

 

 

∂y ∂x2

 

 

∂x∂y

 

 

∂y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u

 

∂u

 

 

 

 

∂u

 

 

 

∂u

 

 

 

∂u

 

 

 

2u

 

 

2u

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

y;

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

x +

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

y

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂y

 

∂ξ

∂η

 

 

∂x2

∂ξ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

 

∂ξ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2u

 

 

 

2u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2u

 

 

 

 

 

 

∂u

 

 

 

2u

 

2u

x2 + 2

2u

 

2u

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

xy +

 

 

 

 

 

 

y +

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

x +

 

.

 

∂x∂y

 

∂ξ2

∂ξ∂η

 

 

 

 

 

 

∂y2

∂ξ2

 

 

 

∂η2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ξ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ξ∂η

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2u

 

 

 

 

 

2u

 

 

 

 

 

∂u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

y2 2xy

 

 

 

 

xy +

 

 

 

y +

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ξ2

 

∂ξ2

∂ξ∂η

∂ξ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+y2

 

2u

 

 

 

 

 

2u

 

 

 

 

2u

+ 2x

∂u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x + 2

 

x +

 

 

 

 

y = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ξ2

∂ξ∂η

∂η2

∂ξ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2u

 

= 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂η2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0

 

 

 

 

= F (ξ)

u = F (ξ)+ (ξ) = ηF (ξ) + (ξ).

∂η

∂η

 

∂η

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u = yF (x, y) + (x, y)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

ϕ(x, y) − iψ(x, y) = C2

η= ψ(x, y)

2u + 2u =

∂ξ2 ∂η2

ϕ(x, y) + (x, y) = C1 ξ = ϕ(x, y)

ξ, η, u,

∂u

,

∂u

.

∂ξ

 

 

 

∂η

 

2u

2

2u

+ 2

2u

= 0.

 

∂x2

∂x∂y

∂y2

A = 1 B = 1 C = 2 B2 − AC = 1 < 0

 

 

 

 

x

y

 

 

dy

 

2

 

dy

 

 

+ 2

+ 2 = 0

 

 

 

dx

 

dx

x + y + ix = C1 x + y − ix = C2

ϕ(x, y) = x + y ψ(x, y) = x ξ = x + y η = x ∂x∂ξ = 1 ∂y∂ξ = 1 ∂x∂η = 1

dxdy = 1 ± i.

∂η∂y = 0

 

 

∂u

 

 

∂u

 

 

 

∂u

 

 

∂u

 

∂u

 

 

 

 

2u

 

 

 

2u

 

 

 

 

=

 

 

 

+

 

 

 

;

 

 

 

 

=

 

 

 

;

 

 

 

 

=

 

 

 

 

;

 

 

 

∂x

∂ξ

∂η

 

 

∂y

 

∂ξ

∂η2

∂ξ2

2u

 

 

2u

 

 

 

2u

 

2u

 

 

 

 

2u

 

 

 

2u

 

 

 

2u

 

 

 

=

 

 

 

+ 2

 

 

 

+

 

;

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

+

 

 

.

∂x2

 

∂ξ2

∂ξ∂η

∂η2

 

 

∂x∂y

 

∂ξ2

 

 

∂ξ∂η

 

2u

 

 

 

2u

 

+

2u

2

 

2u

 

 

 

2u

 

+ 2

2u

 

 

+ 2

 

 

 

+

 

 

 

= 0.

 

∂ξ2

∂ξ∂η

∂η2

∂ξ2

 

∂ξ∂η

∂ξ2

2u

+

2u

= 0

∂ξ2

∂η2

t

x y z

x y t

x

t

2u

= a2

2u

2u

2u

.

 

 

+

 

+

 

∂t2

∂x2

∂y2

∂z2

2u

= a2

2u

+

2u

.

∂t2

∂x2

∂y2

2u = a2 2u ∂t2 ∂x2

t x

u(x, t) t x

a

 

 

 

 

 

 

∂u

= a2

 

2u

+

2u

+

2u

.

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

∂x2

 

∂y2

 

 

∂z2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u

 

 

 

 

 

2u

2u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= a2

 

+

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

∂x2

∂y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u

2 2u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= a

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

∂x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

u(x, t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2u

 

+

 

2u

+

 

 

2u

= 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x2

 

∂y2

 

 

∂z2

 

 

t = t0

t = 0

u t u

u

x y z

x

x ∂x∂z + y ∂y∂z = z. y ∂u∂y − x ∂u∂x = −u.

ex ∂u∂x + y2 ∂u∂y = uex.

(x2 + y2) ∂u∂x + 2xy ∂u∂y = −u2.

(x + y) ∂u∂x (x − y) ∂u∂y = ux + uy. (x + y) ∂u∂y + (x − y) ∂u∂x = 0.

 

∂z

 

 

∂z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z = 2x,

x

 

 

 

 

 

 

− y

 

 

 

 

 

= 0;

 

 

 

 

y = 1,

∂x

∂y

 

 

 

 

∂z

 

 

 

 

 

∂z

 

 

 

 

 

z = x2,

x2

 

 

 

 

 

 

− y2

 

 

 

 

 

= 0;

 

 

 

y = 1.

∂x

∂y

 

∂z

 

 

∂z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z = 0, 5y2,

y

 

 

 

 

+ x

 

 

 

 

= 2xy;

 

 

x = 1.

∂x

∂y

 

 

 

 

∂z

 

 

 

 

 

 

 

 

∂z

 

 

 

 

 

x2 + y2 = 4,

yz

 

 

 

 

 

+ xz

 

 

 

 

 

=

−xy;

z = 0.

∂x

∂y

 

 

 

 

∂z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂z

 

 

 

x + y = 2z,

xz

 

 

 

 

+ (xz + y)

 

 

 

= z;

xz = 1.

∂x

∂y

 

 

 

∂z

 

 

 

 

∂z

 

 

 

 

y = 2z,

x

 

 

+ z

 

 

= y;

 

 

 

x + 2y = z.

∂x

∂y

 

 

 

∂u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u

 

 

 

u(x, 0) = x2 − e2x.

 

 

+ (2ex

− t)

 

 

= 2x;

 

∂x

∂t

 

1

 

 

 

 

∂u

 

 

 

1 ∂u

 

 

1

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

=

 

 

;

u(x, 0) = ln x.

 

t − x

∂x

x

∂t

2x

P (x, y, z) t u(x, y, z, t)

n dS v

grad U

V

S dt S

dQ1 dV du

dQ1 = −cρdV du;

dQ2 S

dt

dQ2 = −k ∂n∂udSdt.

c

 

 

 

 

 

ρ

 

k

 

 

 

∂u/∂n

 

u(x, y, z, t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n¯ dS

 

 

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

V

du < 0

dQ1

∂u/∂n < 0

dS dQ2

∂u/∂n

∂u

∂n = P rn¯ grad u = n¯ · grad u.

dQ2 = −kn¯ grad u · dS · dt.

Q2 S

Q2 = dQ = −kdt n¯ · grad udS.

S S

S

· grad udS = −kdt

V

Q2 = −kdt n¯

div(grad u)dV .

V

Q1 =

dQ = −cρ

du · dV.

V V

 

du

∂u

 

 

du =

dt

 

 

Q1 = −cρ V

 

∂t

du · dV = −cρdt V

∂t dV.

 

 

 

∂u

S

−cρdt V

∂t dV = −k · dt V

div(grad u)dV.

 

∂u

 

dt

 

 

 

 

 

V

k · div(grad u) − cρ ∂t dV = 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u

 

 

 

 

 

 

 

∂u

 

 

 

k

 

 

 

 

 

k · div(grad u) =

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

· div(grad u).

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u¯

∂u¯

∂u ¯

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2u

 

2u

2u

grad u =

∂x

 

i +

∂y

j +

 

∂z

k

 

div(grad u) =

∂x2

+

∂y2

+

∂z2

 

 

∂u

= a2

2u

 

 

 

2u

 

 

 

 

2u

 

 

,

 

 

 

a2 =

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

∂t

∂x2

 

∂y2

 

∂z2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u

= a2 u

 

 

 

=

 

 

+

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

∂x2

 

∂y2

∂z2

 

 

 

 

 

x u = u(x, t)

u(x, t)|t=0 = ϕ(x)

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]