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

Гургула, Мойсишин "Розрахи з матана",

.pdf
Скачиваний:
1384
Добавлен:
17.02.2016
Размер:
2.45 Mб
Скачать

351

3.10. Сформулювати задачу математичної фізики:

2u

= a

2

2u

+ g ,

a

2

=

 

E

,

t2

 

x2

 

 

ρ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(0, t)

= 0 ,

 

u(x, 0)

= 0 ,

 

u(l , t)

 

 

 

u(x, 0)

 

 

 

= 0

,

 

= v .

 

 

x

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.11.Поставити задачу про поздовжні коливання стержня,

один кінець якого закріплений нерухомо, а до другого в момент часу t = 0 прикладають стискуючу силу Р.

3.12.Сформулювати задачу математичної фізики:

2u

= a

2

2u

,

a

2

=

 

E

,

 

 

 

t2

 

x2

 

 

ρ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(0, t)= 0 ,

 

u(x, 0)=

Fx

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ES

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(l , t)

= 0 ,

 

u(x, 0)

 

 

 

 

x

 

 

= v .

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.13. Поставити задачу про поздовжні коливання стержня, один кінець якого жорстко закріплений, а за другий кінець стержень розтягнуто до довжини L , причому в момент часу t = 0 його відпускають з початковою швидкістюv . Початкова довжина стержня l .

3.14. Сформулювати задачу математичної фізики:

2u

= a

2

2u

,

a

2

=

E

,

 

 

t2

 

x2

 

ρ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(0, t)

= 0 ,

 

 

 

 

 

u(x, 0)= bx ,

 

u(l , t)

 

c

 

 

 

 

 

u(x, 0)

 

 

= −

u(l , t) ,

 

= 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

ES

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.15. Поставити задачу про поздовжні коливання стержня,

один кінець якого жорстко закріплений, а на

другому

міститься вантаж

масиm . Стержень попередньо був розтяг-

нутий силою Р,

дія якої в початковий момент часу

раптово

припиняється.

 

 

3.16. Сформулювати задачу математичної фізики:

352

2u

= a2 2u

,

a2 =

E

,

t2

 

 

x2

 

 

ρ

u(0, t)=

At

,

u(x, 0)= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

) ES

 

(

 

u(x, 0)

=0 ,

tx

3.17.Поставити задачу про поздовжні коливання стержня, один кінець якого жорстко закріплений, а до вільного кінця вu l , t 0 .=

момент часу

t = 0 прикладають

 

збурюючу

силу,

яка

змінюється за законом Asinωt

і

 

напрямлена

вздовж

осі

стержня.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.18. Сформулювати задачу математичної фізики:

 

 

2u

= a

2

2u

,

a

2

=

 

E

,

 

 

 

 

 

t2

 

x2

 

 

ρ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(0, t)

+

C

u(0, t)= 0 ,

u(x, 0)= f (x)

,

 

 

 

 

 

 

u(x, 0)

 

 

x

 

ES

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0 .

 

u(l , t)= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.19. Поставити задачу про поздовжні коливання стержня, один кінець якого закріплений нерухомо, а до другого кінця прикладено силу F, яку в момент часу t = 0 раптово знімають без початкової швидкості.

3.20. Сформулювати задачу математичної фізики:

2u

= a

2 2u

 

 

2

 

E

 

t2

 

x2

+ g ,

 

a

 

=

 

,

 

 

 

ρ

 

 

 

 

 

 

 

 

u(0, t)

= 0 ,

 

u(x, 0)= 0 ,

 

u(l , t)

 

 

 

u(x, 0)

 

 

= 0

,

 

= 0 .

 

 

x

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.21. Поставити задачу про поздовжні коливання стержня, один кінець якого закріплений пружно, а другий – вільний. Причому в момент часу t = 0 стержень перебував у стані спокою, а початкові зміщення дорівнювали f (x).

3.22. Сформулювати задачу математичної фізики:

353

2u

= a2 2u

,

a2 =

 

E

,

 

t2

 

ρ

 

 

x2

 

 

 

 

 

u(0, t)= 0 ,

 

 

u(x, 0)= 0 ,

 

u(l , t)

 

At

 

 

u(x, 0)

 

 

= −

,

 

= 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

x

ES

 

t

 

 

 

 

 

 

 

3.23. Стержень довжиною l , один кінець якого жорстко закріплений, виводиться із стану спокою ударом (з імпульсом Р) по його вільному кінцю в напрямку осі стержня. Поставити задачу про поздовжні коливання стержня.

3.24. Сформулювати задачу математичної фізики:

2u

= a

2 2u

,

a

2

=

E

 

,

 

 

 

 

 

t2

 

x2

 

ρ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(0, t)

= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0)=

hx

,

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

u(l , t)

 

M 2u(l , t)

 

 

 

 

 

 

= −

,

 

u(x, 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

= 0 .

 

x

 

ES

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

3.25. Верхній кінець

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вертикально підвішеного важкого

стержня прикріплений до стелі ліфта, який вільно падає, причому досягнувши швидкості v , він раптово зупиняється. Поставити задачу про поздовжні коливання стержня.

3.26. Один кінець стержня x = 0 закріплений нерухомо, а на кінці x = l має місце в’язкий опір з коефіцієнтом в’язкості μ . Стержень попередньо розтягнутий силою Q, дія якої в мо-

мент часу t = 0 раптово припиняється. Поставити задачу про поздовжні коливання стержня.

3.27. Сформулювати задачу математичної фізики:

2u

= a

2

2u

+ g

, a

2

t2

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

u(0, t)

= 0 ,

 

 

 

 

 

u(l , t)+ M

u(l2, t)=

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

x

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

ES

 

= Eρ

0 ,

,

u(x, 0)= 0 ,

 

u(x, 0)

 

 

= 0 .

 

t

 

 

354

3.28. Стержень довжиною L , закріплений в точці x = 0 розтягнули до довжиниL1 , після чого в момент часу t = 0

відпустили без початкової швидкості. Поставити задачу про поздовжні коливання стержня.

3.29. Сформулювати задачу математичної фізики:

2u

= a2 2u

, a2

=

E

,

 

t2

ρ

 

 

x2

 

 

 

 

 

u(0, t)

+

ku(0, t)

= 0 ,

u(x, 0)= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ES

 

 

 

u(x, 0)

(x )

 

 

 

 

 

=0 ,

tx

3.30.Поставити задачу про поздовжні коливання стержня, один кінець якого жорстко закріплений, а до вільного кінця

прикладено силу Р, причому в момент часу t = 0 дія сили раптово припиняється.u l , t = F(x).

Задача 4. Сформулювати і розв’язати крайову задачу.

4.1.

2u

=

2u

,

0

< x <1 , 0 < t < ∞ ,

t2

x2

 

 

 

 

 

 

u(x, 0)

= x(x 1),

u(0, t)= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0) = 0 ,

 

u(1, t)= 0 .

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2.

2u

=

2u

,

0 <

t

2

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

u(x, 0)

= x x

 

,

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0)

= 0 ,

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x <

3

,

 

0 < t < ∞ ,

2

 

 

 

 

 

 

 

u(0, t)= 0 ,

 

 

 

3

 

 

 

 

u

 

, t = 0 .

 

2

 

 

 

 

4.3.

2u

= 9

2u

,

0 < x < 3 , 0 < t < ∞ ,

t

2

x2

 

 

 

 

355

u(x, 0)= x(x 3),

u(0, t)= 0 ,

 

u(x, 0) = 0 ,

 

u(3, t)= 0 .

 

t

 

 

 

4.4.

2u

= 4

2u

,

0

< x < 2 ,

 

0 < t < ∞ ,

t

2

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0)= x(x 2),

u(0, t)= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0) = 0 ,

 

u(2, t)= 0 .

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.5.

2u

=

1 2u

,

0

< x <

1

 

,

0 < t < ∞ ,

t

2

4

x2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

u(x, 0)= x x

 

,

2

 

 

 

 

 

u(x, 0)

= 0 ,

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

u(0, t)= 0 ,

 

1

 

 

 

 

u

 

, t

= 0 .

 

 

2

 

 

4.6.

2u

= 4

2u

,

0

< x <1 ,

 

0 < t < ∞ ,

t

2

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0)= x(x 1),

u(0, t)= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0) = 0 ,

 

u(1, t)= 0 .

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.7.

2u

=

4

2u

,

0

< x <

2

 

,

0 < t < ∞ ,

t

2

9

x2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

u(x, 0)= x x

 

,

3

 

 

 

 

 

u(x, 0)

= 0 ,

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

u(0, t)= 0 ,

 

2

 

 

 

 

u

 

, t

= 0 .

 

 

3

 

 

4.8.

2u

= 4

2u

,

0 < x <

1

, 0

< t < ∞ ,

t

2

x2

2

 

 

 

 

 

 

356

 

 

 

1

 

u(x, 0)= x x

 

,

2

 

 

 

 

 

u(x, 0)

= 0 ,

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

u(0, t)= 0 ,

 

1

 

 

 

 

u

 

, t

= 0 .

 

 

2

 

 

4.9.

2u

=

2u

,

 

 

0 < x < 2 ,

 

 

0 < t < ∞ ,

t2

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0)

= x(x 2),

 

u(0, t)= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0) = 0 ,

 

 

u(2, t)= 0 .

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.10.

2u

=

16

2u

,

 

 

0 < x < 3 ,

0 < t < ∞ ,

t

2

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0)

= x(x 3),

 

u(0, t)= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0) = 0 ,

 

 

u(3, t)= 0 .

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.11.

2u

=

16

2u

,

 

 

0 < x < 2 ,

0 < t < ∞ ,

t

2

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0)= x(x 2),

u(0, t)= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0) = 0 ,

 

 

u(2, t)= 0 .

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.12.

2u

=

9

2u

 

,

 

0 < x <1 ,

 

0 < t < ∞ ,

t

2

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0)= x(x 1),

 

u(0, t)= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0) = 0 ,

 

 

u(1, t)= 0 .

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.13.

2u

=

 

1 2u

,

 

 

0 < x <

1

 

,

0 < t < ∞ ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

2

 

9 x2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

357

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

u(x, 0)

= x x

 

,

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0)

= 0

,

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.14.

2u

=

2u

,

 

0 < x <

t2

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0)

= x(x 3),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0)

= 0

,

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(0, t)= 0 ,

 

 

1

 

 

u

 

, t = 0 .

2

 

 

 

3 ,

 

0 < t < ∞ ,

u(0, t)= 0 ,u(3, t)= 0 .

4.15.

2u

=

16

2u

,

0 < x <1 ,

0 < t < ∞ ,

t

2

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0)= x(x 1),

u(0, t)= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0) =

0 ,

u(1, t)= 0 .

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.16.

2u

=

9

2u

 

,

0 < x <

3

,

0 < t < ∞ ,

t

2

x2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

u(x, 0)= x x

 

,

2

 

 

 

 

 

u(x, 0)

= 0 ,

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

u(0, t)= 0 ,

 

3

 

 

 

 

u

 

, t

= 0 .

 

 

2

 

 

4.17.

2u

= 4

2u

,

0

< x < 3 ,

0 < t < ∞ ,

t

2

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0)

= x(x 3),

u(0, t)= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0) = 0 ,

 

u(3, t)= 0 .

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.18.

2u

=

1 2u

,

0

< x < 2 ,

0 < t < ∞ ,

t

2

4

x2

 

 

 

 

 

 

358

u(x, 0)= x(x 2),

u(0, t)= 0 ,

 

u(x, 0) = 0 ,

 

u(2, t)= 0 .

 

t

 

 

 

4.19.

2u

=

1 2u

,

0 < x <1 , 0 < t < ∞ ,

t2

4

x2

 

 

 

 

 

u(x, 0)

= x(x 1),

u(0, t)= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0) = 0 ,

u(1, t)= 0 .

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.20.

2u

=

2u

,

0 < x <

t

2

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

u(x, 0)= x x

 

,

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0)

= 0 ,

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

,

0 < t < ∞ ,

2

 

 

 

 

 

 

u(0, t)= 0 ,

 

 

1

 

 

 

 

u

 

,

t = 0 .

2

 

 

 

 

4.21.

2u

=

4

2u

,

0 < x < 2 ,

0 < t < ∞ ,

t

2

9

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0)

= x(x 2),

u(0, t)= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0) = 0 ,

u(2, t)= 0 .

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.22.

2u

=

9

2u

,

0 < x <

3

,

0 < t < ∞ ,

t

2

4

x2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

u(x, 0)= x x

 

,

2

 

 

 

 

 

u(x, 0)

= 0 ,

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

u(0, t)= 0 ,

 

3

 

 

 

 

u

 

, t

= 0 .

 

 

2

 

 

4.23.

2u

=

1 2u

,

0 < x <1 , 0 < t < ∞ ,

 

 

 

 

t

2

9 x2

 

 

 

 

359

u(x, 0)= x(x 1),

u(0, t)= 0 ,

 

u(x, 0) = 0 ,

 

u(1, t)= 0 .

 

t

 

 

 

4.24.

2u

=

9 2u

,

0

< x < 3 ,

0 < t < ∞ ,

t

2

4

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0)

= x(x 3),

u(0, t)= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0) = 0 ,

 

u(3, t)= 0 .

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.25.

2u

= 9

2u

,

0

< x <

1

,

0 < t < ∞ ,

t

2

x2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

u(x, 0)= x x

 

,

2

 

 

 

 

 

u(x, 0)

= 0 ,

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

u(0, t)= 0 ,

 

1

 

 

 

 

u

 

, t

= 0 .

 

 

2

 

 

4.26.

2u

= 9

2u

,

0

< x < 2 ,

0 < t < ∞ ,

t

2

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0)

= x(x 2),

u(0, t)= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0) = 0 ,

 

u(2, t)= 0 .

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.27.

2u

=

1

2u

,

0

< x < 3 ,

0 < t < ∞ ,

t

2

4

x2

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0)

= x(x 3),

u(0, t)= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0) = 0 ,

 

u(3, t)= 0 .

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.28.

2u

=

4 2u

,

0

< x <1 ,

0 < t < ∞ ,

t

2

9

x2

 

 

 

 

 

 

360

 

u(x, 0)= x(x 1),

u(0, t)= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0) = 0 ,

u(1, t)= 0 .

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.29.

2u

=

1 2u

,

0 < x <

3

, 0 < t < ∞ ,

t2

4

x2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

u(x, 0)= x x

 

,

2

 

 

 

 

 

u(x, 0)

= 0 ,

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

u(0,

u 32

t)= 0 ,

,t = 0 .

4.30.

2u

=

1 2u

,

0

< x < 2 , 0 < t < ∞ ,

t2

9

x2

 

 

 

 

 

 

u(x, 0)= x(x 2),

u(0, t)= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0) = 0 ,

 

u(2, t)= 0 .

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 5. Поставити і розв’язати методом Фур’є задачу про поперечні коливання струни із закріпленими кінцями, яка в початковий момент часу t=0 перебувала в стані спокою і мала форму, зображену на рисунку.

u h

0

ξ

 

l

x

h = k , k – номер групи.

ξ =

N

l ,

N + 2

 

 

 

 

N – номер варіанту.