РефератыМатематикаПеПервая краевая задача для уравнения теплопроводности в нецилиндрической неограниченной области

Первая краевая задача для уравнения теплопроводности в нецилиндрической неограниченной области

Прусаков
Д. В.


«Первая
краевая задача
для уравнения
теплопроводности
в нецилиндрической
неограниченной
области» 1998- 99
уч. г
.
14


Введение 3


1.Постановка
задачи 3



2. Оценочный
анализ решения
задачи. 4



2.1. Оценка
решения сверху. 4



2.2. Оценка
решения в виде
интеграла 5



2.3. Выбор интервала
( ) и оценка погрешности 8


3.
Формулировка
результата
в виде теоремы 10


4.
Примеры 11


Заключение 12


СПИСОК
ЛИТЕРАТУРЫ 13


Введение


В ряде случаев
оказывается
невозможным
или неприемлемым
получение
аналитического
решения поставленной
задачи. Использование
основных теорем
и положений
анализа позволяет
получить качественную
картину поведения
функции решения
в заданной
области, оценить
скорость сходимости
решения. Такой
подход широко
реализуется
в областях
техники, где
получение
результата
необходимо
с заданной
точностью.


1.Постановка
задачи


В дипломной
работе рассматривается
задача:


(З)


0.


t



x

Требуется
привести пример
оценки решения
задачи (З) в
области
, и исследовать
полученную
оценку при

2. Оценочный
анализ решения
задачи.


Оценка решения
задачи (З) основывается
на принципе
максимума для
уравнения
теплопроводности
: «Всякое решение
уравнения
в прямоугольнике
, непрерывное
вплоть до границы,
принимает свои
наибольшее
и наименьшее
значения на
нижних или на
боковых его
границах» [2].


2.1. Оценка
решения сверху.


В области t=t
, x=
рассмотрим
решение задачи
:


,
V(0,x) =
(
x ), x
, (1)

это
решение имеет
вид
[1]:


v (t, x) =
.
(2)

Зафиксируем
некоторое
и
перейдем к
исходной системе
координат,
тогда (2) в системе
t=t,
x=
будет выглядеть
так:



V(t, x) =
(2’)



Из принципа
максимума
[2]
заключаем,
что:


U( t, x )
V( t, x ). (3)


Таким образом
задача сводится
к оценке интеграла
(2).

2.2. Оценка
решения в виде
интеграла


Разобьем интервал
<
x
на две части
и
,
тогда интеграл
(2’)
запишется
в виде:



V( t, x ) =
.

(*)


Исследуем
знак подинтегрального
выражения,
принимая во
внимание, то
что
:


;
(а)


;


;


где

.


После проведенного
исследования
видно, что



Использовав
известное
разложение
,



где Z
0,
,
заменим
экспоненты
во втором интеграле
рядами:


(а)
;


(б)
.


В результате
получим :


Здесь:


,
, (4.1)


,
.
(4.2)


Запишем неравенство
(3) в виде, принимая
во внимание
только одно
слагаемое суммы
ряда:

m=1,



U(t, x)
.
(5)


Выше приведенная
оценка не отражает
качественной
картины и может
быть использована
при дальнейших
исследованиях
задач подобного
вида. ( т .к .фиксированно)



Рассмотрим
другую возможность
оценки неравенства
(3).




пусть



(т.е.


финитна),
в соответствии
с принципом
максимума:


, (3’)



при



где W-
решение
краевой задачи
(З) с начальными
условиями:





Аналогично,
как и выше




здесь:





Таким образом,





(используем
разложение
в ряд Тейлора)

В
итоге,


(5.1)


Рассмотрим
два случая:


а)
Пусть



,



тогда в правой
части неравенства
(5.1) третье и четвертое
(3,4) слагаемые
стремятся к
нулю быстрее
любой степени
,



поэтому (5.1) можно
переписать
как:



(5.2)


б)
Пусть
тогда:


где


В
результате
получаем:



(5.3)


2.3. Выбор
интервала (
) и оценка
погрешности


Зададим
произвольно
некоторую
константу
>0,
потребовав
чтобы в (5)



.



при
.


Неравенство
(5) можно только
усилить, если



(6)


Рассмотрим
общий вид
:


; (7)



,
(7.1)



b=x ( k=1 )
, b=2(k=2)
оценка (7.1) эквивалентна
системе неравенств:


,


откуда:



.
(8)


Т. к. в работе
исследуется
поведение
неравенства
(3) при
то принимаем
что для некоторого
:


.
(9)

3. Формулировка
результата
в виде теоремы


Обобщая
результаты
всей работы
в целом можно
сформулировать
следующие
теоремы:


1. Пусть
для уравнения
теплопроводности
имеет место
задача



(З)



-
гладкая, непрерывно
- дифференцируемая
функция на

функция
ограничена
на
R
:
.



Тогда
для любого
сколь малого
числа
можно указать
число



,



такое что имеет
место следующая
оценка «сверху»
решения задачи
(З):



Раскрыв квадратные
скобки, получим:


.



Пусть в имеет
место задача
(З),
-
монотонная,
неограниченная,
возрастающая
функция,
тогда:



если
,
то





2) если
то


Замечанние:видно,
что оценку
полученную
в теореме 2 можно
получить и при
более слабых
ограничениях


4. Примеры


Пусть
,



.


Заключение


В дипломной
работе произведена
оценка решения
«сверху» для
уравнения
теплопроводности
с движущей
границей по
заданному
закону. Аналогично,
можно получить
оценку решения
«снизу». Для
этого нужно
рассмотреть
ступенчатую
область, в которой
для каждой
ступеньки
решение может
быть получено
согласно 2.1 (2) .
Число таких
ступенчатых
областей необходимо
выбрать таким
образом, чтобы
оценка полученная
снизу была
сравнима с
полученной
выше оценкой.

СПИСОК
ЛИТЕРАТУРЫ


А. Н. Тихонов,
А. А. Самарский,
Уравнения
математической
физики. Изд.
«Наука», М. 1966 (с.
230 -233);



С. К. Годунов,
Уравнения
математической
физики. Изд.
«Наука», М. 1973 .
33-34);



Л. Д. Кудрявцев,
Краткий курс
математического
анализа. Изд.
«Наука», М. 1989.



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

Название реферата: Первая краевая задача для уравнения теплопроводности в нецилиндрической неограниченной области

Слов:1466
Символов:8924
Размер:17.43 Кб.