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

x = 0 x = l

u(x, t)|x=0 = ψ1(t),

u(x, t)|x=l = ψ2(t).

u(x, t)|x=0 = 0,

u(x, t)|x=l = 0.

 

 

dQ|x=0 = dQ|x=l = 0.

 

 

 

 

∂u

∂u

 

 

∂u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dQ = −k

∂n

dS · dt,

∂n

x=0

=

∂n

x=l

= 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

∂u

 

 

∂u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u

=

∂u

= 0;

∂n

x=0

 

∂x

x=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

n

 

 

 

 

∂n

x=l

=

∂x x=l

= 0

 

0

 

 

 

l

x

∂u

 

 

∂u

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

x=0

= 0,

∂x

x=l

= 0.

 

 

 

 

 

 

 

∂u

 

 

 

∂u

 

 

k

∂x

 

= q1(t),

qi > 0

 

= q2(t).

x=0

−k

∂x

x=l

 

 

 

 

 

 

 

 

qi < 0

α(u − u)|x=0 = q1(t), α(u − u)|x=l = q2(t),

α

ucp

∂u

= 0, u|x=l = 0. ∂x x=0

 

 

u = u(x, y, t)

σ

L

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

 

V

u

 

 

 

 

 

 

t

 

∂u/∂t = 0

 

 

 

 

2u

 

2u

2u

 

u =

 

+

 

+

 

 

= 0.

∂x2

∂y2

∂z2

u(x, y, z) S = ψ(x, y, z),

ψ(x, y, z)

S

u

∂c∂t = D c, c = c(x, y, z)

D

a20 + (an cos nx + bn sin nx)

n=1

a0, a1, b1, · · · , an, bn, · · ·

2π

n

2π

[−π, π] (−∞, ∞)

f (x) = a20 + (an cos nx + bn sin nx)

n=1

2π

sin x sin y = 12 (cos(x − y) cos(x + y)) ; cos x cos y = 12 (cos(x − y) + cos(x + y)) ; sin x cos y = 12 (sin(x − y) + sin(x + y)) ;

sin2 x = 12 (1 cos 2x); cos2 x = 12 (1 + cos 2x); sin x cos x = 12 sin 2x.

n k n = k

π

 

 

 

π

π

 

π

 

 

cos nx cos kx dx = 0,

sin nx sin kx dx = 0,

−π

 

−π

 

 

−πsin nx cos kx dx = 0,

π

 

−πcos nx dx = 0,

−πsin nx dx = 0,

n = k

 

 

 

 

π

π

 

 

π

−πcos2 kx dx = π,

−πsin2 kx dx = π,

−πsin kx cos kx dx = 0.

[−π, π]

π

π

 

f (x) dx =

a0

2

−π

−π

 

 

 

an

−π

π

πsin nx dx .

dx +

πcos nx dx + bn

 

 

−π

−π

 

 

n=1

 

 

 

 

 

a0 = 1 πf (x) dx. π −π

π

f (x) cos

−π

+ an

π a0 dx = a0π

−π 2

 

 

 

cos kx

k N

 

a0

π

 

 

kx dx =

cos kx dx+

 

 

 

π

2

−π

π

 

cos nx cos kx dx + bn

sin nx cos kx dx .

 

n=1

−π

−π

 

n = k

π

ak cos2 kx dx = akπ.

−π

π

f (x) cos kx dx = akπ.

 

 

−π

 

1 π

ak =

 

−πf (x) cos kx dx.

π

 

 

−π π

sin kx

 

 

bk

 

 

 

 

 

π

 

bk =

1

f (x) sin kx dx.

 

 

 

π

 

 

 

−π

 

 

 

f (x)

2π

 

 

 

[−π, π]

 

 

π

 

 

π

 

 

π

a0 =

1

f (x) dx,

an =

1

f (x) cos nx dx,

bn =

1

f (x) sin nx dx.

 

 

 

π

π

π

 

 

−π

 

 

−π

 

 

−π

f (x) [a, b]

f (x)

[a, b]

[a, b]

I

[a, b]

f (x)

f (x)

2π

f (x)

S(x)

x0 x → x0

S(x0) =

1

lim

lim

 

 

2 x→x0f (x) + x→x0+ f (x) .

x (−π, π] f (x) = x

(−π, π]

 

x

 

 

f1(x) = f x − Int

 

 

2π

Int(x)

2π

f1(x)

(−π, π]

 

 

 

1

 

π

 

 

 

 

1 x2

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a0

=

 

 

 

 

x dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

π 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

π

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x cos nx dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

an =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xd sin nx =

 

 

 

x sin nx

−π

 

 

 

 

 

 

 

π

−π

 

 

 

 

 

 

 

 

πn

 

 

 

 

πn −π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

π−π πn

 

1

 

 

− − π

 

 

πsin nx dx

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

cos nx

 

 

=

 

 

 

 

cos

 

cos(

)

 

= 0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

π

 

 

 

bn

=

 

 

 

 

x sin nx dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xd cos nx =

 

 

 

 

 

 

x cos nx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−π

−π

 

π −π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

πn −π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

πn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− − n

 

 

−π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos nx dx

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π cos + π cos(

 

)

 

 

 

sin nx

 

=

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2(

 

1)

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

cos =

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a = a =

· · ·

 

= a =

· · ·

= 0; b

 

=

2(1)n−1

.

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

n

n

n

 

 

 

f1(x) = 2

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

+

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

4

 

+ · · · +

 

 

sin nx + . . . .

 

 

 

 

 

 

sin x

 

 

sin 2x

 

 

 

 

 

 

sin 3x

 

 

sin 4x

 

 

 

 

 

 

 

(

 

1)n

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f1(x) = 2

 

(1)n−1 sin nx .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

n=1

ϕ(x) ϕ(−x) = ϕ(x)

π

ππ

0 π

0

 

 

 

π

 

 

0

 

π

 

 

π

 

 

π

 

ϕ(x) dx = ϕ(x) dx + ϕ(x) dx = ϕ(−x) dx + ϕ(x) dx =

π

 

 

 

0

 

 

 

 

 

0

= 0

ϕ(x) dx + 0

ϕ(x) dx = 2

ϕ(x) dx.

 

 

 

−πϕ(xπ

−π π

0

 

ϕ(−x) = −ϕ(x)

0

 

 

0

π

 

0

π

 

 

π

 

 

π

 

) dx = ϕ(x) dx + ϕ(x) dx = ϕ( x) dx + ϕ(x) dx =

= 0 ϕ(x) dx + 0 ϕ(x) dx = 0.

 

 

 

 

f (x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a0

ak

 

 

 

 

 

 

 

π

bk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a0 = 0,

 

an = 0,

 

bn =

2

0 f (x) sin nx dx.

 

 

 

 

 

 

 

π

f (x) = bn sin nx.

n=1

 

 

π

 

 

 

π

 

 

a0 =

2

0

f (x)dx,

an =

2

0

f (x) cos nxdx,

bn = 0.

 

 

π

π

f (x) = a20 + an cos nx.

n=1

2l

z = πl x

2π

f π1 z

a0 = 1 π f

π −π

1 π bn = π −π f

f (x) 2l

 

 

 

 

 

 

f (

l

z)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

x [−π, π]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

a0

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(an cos nz + bn sin nz) ,

2

 

n=1

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

l

 

l

 

 

 

 

1 π

 

 

π

z dz,

an =

π

−π f

 

π

z cos nzdz,

 

z cos nzdz.

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x =

 

l

z, z = x

π

, dz =

π

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

l

l

z = −π, x = −l

 

 

z = π, z = l

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

l

x)dx,

 

 

1

 

l

 

x dx,

 

 

 

a0 =

 

 

ll f

 

an =

 

−l f (x) cos

 

 

 

 

 

l

 

l

l

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x dx.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bn =

 

−l f (x) sin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a0

 

 

an cos

 

.

 

 

 

f x =

2

+ n=1

l

x + bn sin

 

l

 

 

 

 

 

 

 

f (x)

 

 

 

2l

 

 

 

 

 

2

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a0 = an = 0;

bn =

 

f (x) sin

 

 

x dx.

l

l

 

0

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f x = n=1 bn sin

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x)

 

 

 

 

 

2l

 

 

 

l

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

a0 =

2

0

f (x)dx,

 

an =

2

0 f (x) cos

x dx, bn = 0.

 

 

 

 

l

 

l

l

 

 

 

 

a0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f x =

2

+ n=1

an cos

 

l

x .

 

 

 

 

2u

+ 2

2u

+ 2

2u

 

= 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x2

∂x∂y

∂y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2u

 

2u

 

 

 

 

2u

 

 

 

 

∂u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

+ 4

 

 

 

 

=

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x2

∂x∂y

 

∂y2

∂y

 

 

 

 

 

 

2u

 

2u

 

 

 

 

 

2u

 

 

 

∂u

5

∂u

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

+ 12

 

 

 

= 3

 

 

 

 

.

 

∂x2

∂x∂y

 

∂y2

∂x

∂y

x2

 

2u

− y2

2u

 

 

∂u

− y3

∂u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 3x

 

 

= 0.

 

∂x2

∂y2

∂x

∂y

 

1 2u

 

 

1 2u

 

 

 

 

∂u

− xy

∂u

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

= xy

 

 

 

.

 

 

 

x2 ∂x2

y2

∂y2

∂x

∂y

 

 

x2

2u

+ 2xy

 

 

2u

 

+ y2

2u

= 0.

 

 

 

∂x2

∂x∂y

∂y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2u

 

 

 

 

2u

 

− y3

∂u

 

 

∂u

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

− y

 

 

 

 

 

 

 

 

− x

 

 

.

 

 

 

 

∂x2

∂y2

 

∂x

∂y

 

 

 

 

 

1 2u

 

 

 

 

 

2u

 

 

 

 

 

 

∂u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ y

 

 

 

 

= xy

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x ∂x2

∂y2

 

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2u

 

 

 

2u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ x

 

= x + y.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x2

∂y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

2u

 

 

2u

 

3y2

2u

 

∂u

+ y.

 

 

 

 

+ 2xy

 

 

 

 

= 2x

 

 

 

∂x2

∂x∂y

 

∂y2

∂x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

x = 0 x = l

u(x, t) = X(x)T (t).

∂u∂t = X(x) ·

T (t)

a2T (t) =

t

T (t),

2u

 

= X (x) · T (t) X(x)T (t) = a2X (x)T (t),

∂x2

 

 

X (x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X(x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

x

 

t

 

 

 

 

 

 

T (t)

 

=

X (x)

= C.

 

 

 

 

 

a2T (t)

X(x)

T (t) − a2CT (t) = 0, X (x) − CX(x) = 0.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]