РефератыМатематикаЛоЛокальная и нелокальная задачи для уравнения смешанного типа второго порядка с оператором Геллестедта

Локальная и нелокальная задачи для уравнения смешанного типа второго порядка с оператором Геллестедта

Локальная и нелокальная задачи для уравнения смешанного типа второго порядка с оператором Геллестедта


Соиск. Дзарахохов А.В.


Кафедра математики.


Горский государственный аграрный университет


Доказана однозначная разрешимость локальной и нелокальной краевых задач для нагруженных уравнений 2 порядка оператора Геллестедта.


Рассмотрим уравнение


(1)


в области Ω, ограниченной отрезками АА0, ВВ0, А0В0 прямых соответственно и характеристиками



уравнения (1) в полуплоскости y<0, λ(y) – заданная непрерывная функция.


Пусть – параболическая, - гиперболическая области Ω, - интервал прямой y=0.


ЗАДАЧА 1. Найти в областях Ω1, Ω2 решение



уравнения (1), удовлетворяющее краевым условиям


, (2)


, (3)


где - непрерывные, а - дважды непрерывно дифференцируемая функции, причем


. (4)


Решение задачи Коши для уравнения (1), y<0, в области Ω2 имеет вид [1]:



, (5)


где .


Удовлетворяя (5) заданному условию (3), получим



. (6)


В равенстве (6) сделаем замену


.


В результате получим



.


Заменяя в последнем равенстве x через , получаем:



. (7)


Из равенства (7) находим



, (8)


где .


Обращая (8) как обобщенное интегральное уравнение Абеля относительно , получаем [2]:



. (9)


Или с учетом перестановки Дирихле порядка интегрирования во втором интеграле правой части (9), получаем:



. (10)


Рассмотрим


.


Произведя замену переменных в последнем равенстве, получим


. На основании равенства [3]



будем иметь


. (11)


Подставляя (11) в (10), окончательно получаем функциональное соотношение между и , привнесенное из гиперболической части области Ω на линию y = 0:


. (12)


При m = 0 оно принимает вид:


. (13)


Устремляя из Ω1, получаем функциональное соотношение между и , привносимое на линию y = 0 в виде:


. (14)


В начале рассмотрим случай, когда m = 0. Исключая из уравнения (13) и (14) и, учитывая краевые условия (2), приходим к задаче


, (15)


. (16)


Решение (15), (16) представим в виде:


, (17)


где обозначено


.


Отсюда полагая x=x0, в силу условия (14) однозначно найдем . Затем подставляя это значение в (17) полностью определяем .


После определения в области Ω1 приходим к задаче (1), (2) и . Нетрудно убедиться, что решение этой задачи удовлетворяет интегральному уравнению


, (18)


где



– функция Грина указанной выше смешанной задачи для уравнения теплопроводности. Отсюда, полагая в (18) x = x0, для функции получаем интегральное уравнение


(19)


с ядром



и правой частью .


Уравнение (19) является интегральным уравнением Вольтерра второго рода и оно безусловно разрешимо в пространстве .


ЗАДАЧА 2. Требуется найти функцию , удовлетворяющую всем условиям задачи 1, кроме второго условия из (2) и (4), вместо которых берут условия:


, (20)


. (21)


Для решения задачи 2, поступая как выше, с учетом условия (21) функцию однозначно определим решением уравнения (15), удовлетворяющим условиям


.


Пользуясь функцией Грина второй краевой задачи для уравнения теплопроводности, убеждаемся, что решение задачи 2 в области Ω1 удовлетворяет уравнению



, (22)


где .


Отсюда полагая в (22) x = x0 и учитывая условие (20), получаем систему интегральных уравнений Вольтерра второго рода относительно и :


(23)


,


,


,


.


В силу свойства функции Грина и ядер системы (23), нетрудно убедиться, что система уравнений (23) допускает единственное решение в пространстве [4].


Пусть теперь m > 0. Исключая из системы уравнений (12) и (15), получаем интегродифференциальное уравнение относительно :



, (24)


удовлетворяющее граничному условию


(25)


в случае задачи 1 и нелокальному условию


(26)


в случае задачи 2.


Интегрируя равенство (24) дважды от 0 до x, с учетом граничных условий (25), (26), получаем:



(27)


Преобразуем двойной интеграл в левой части равенства (27):


. (28)


Учитывая равенство (28) в (27), получаем:


(29)


где


. (30)


Преобразуем двойные интегралы в равенстве (30). В результате получим


,


.


Учитывая J3 и J4 в равенстве (30), окончательно будем иметь:



Откуда заключаем, что . Таким образом, относительно получим интегральное уравнение Фредгольма второго рода:


, (31)






4 Труды молодых ученых № 3, 2007


где

.


Так как , то обращая (31) через резольвенту R(x, t), будем иметь


, (31)


где



Полагая в равенстве (31) х=х0 и х=1, однозначно определим


,


, если выполнены условия


.


После определения функции в области Ω1 приходим к задаче (1), (2) и , которая на основании свойств функции Грина эквивалентно редуцируется к интегральному уравнению Вольтерра второго рода. В области Ω2 решение задачи 2 задается формулой (5).


Список литературы


Бицадзе А.В. Уравнения смешанного типа. М.: ВИНИТИ АН СССР, 1959.


Трикоми Ф.О. О линейных уравнениях смешанного типа. М.: ОГИЗ, 1947.


Мюнтц Г. Интегральные уравнения //Л.-Н.ГТТИ. 1934. Т1.


Елеев В.А. Краевые задачи для нагруженного гиперболо-параболического уравнения с характеристической линией изменения типа // Украинский мат. журнал. Киев, 1995. Т.47, №12.

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Локальная и нелокальная задачи для уравнения смешанного типа второго порядка с оператором Геллестедта

Слов:794
Символов:6802
Размер:13.29 Кб.