РефератыМатематикаОбОб одной общей краевой задаче со смещением для нагруженного уравнения третьего порядка с кратными характеристиками

Об одной общей краевой задаче со смещением для нагруженного уравнения третьего порядка с кратными характеристиками

Об одной общей краевой задаче со смещением для нагруженного уравнения третьего порядка с кратными характеристиками


Кодзодков А.Х.


Кафедра математического анализа.


Кабардино-Балкарский государственный университет


Рассмотрим линейное нагруженное уравнение третьего порядка:


(1)


в – области , ограниченной отрезками прямых соответственно при и характеристиками , уравнения (1) при ; ; – интервал , – интервал .


Здесь положено, что:


1)


или 2) .


Пусть имеет место случай (1).


Задача . Найти функцию со следующими свойствами: 1) ;


2) – регулярное решение уравнения (1) при ;


3) удовлетворяет краевым условиям


, ; (2)


,


, (3)


где , – аффиксы точек пересечения характеристик уравнения (1) при y < 0, выходящих из точки с характеристиками АС и ВС соответственно; , , .


Опираясь на однозначную разрешимость задачи Коши для уравнения (1) при y < 0 с начальными данными , , легко видеть, что если существует решение задачи , то оно представимо в виде:


. (4)


Учитывая (4) в краевом условии (3), получаем:



, (5)


где .


Следуя [1], обозначим через первообразную функции . Тогда уравнение (5) примет вид:



, (6)


, (7)


где .


Относительно коэффициентов уравнения (6) будем рассматривать аналогичные ситуации, приведенные в работе [1]:


1) , т.е. ;


2) , , т.е. ;


3), т.е. ;


4) , , т.е. .


Пусть имеет место случай (1) и функции . Решение задачи (6), (7) в этом случае имеет вид:




, (8)


где .


Дифференцируя равенство (8) и делая несложные преобразования, получаем:



(9)


где ,


, ,


,



, .


Переходя к пределу в уравнении (1) при , получаем функциональное соотношение между и , принесенное из области , на линию :


. (10)


В силу граничных условий (2) и равенства (9) получим нелокальную задачу для нагруженного неоднородного интегро-дифференциального уравнения третьего порядка с переменными коэффициентами:


, (11)


, (12)


где


.


В начале положим, что , т.е.


, , т.е.


.


В зависимости от значений корней характеристического уравнения


, (13)


соответствующего однородному уравнению (11) (), будем исследовать разрешимость задачи (11), (12).


Введем обозначение . Логически возможны три различных случая: 1) S>0, 2) S=0, 3) S<0.


Известно, что [2]: 1) если S>0, то уравнение (13) имеет только один действительный корень, а два остальных корня будут сопряженными чисто комплексными числами; 2) если S=0, то все три корня уравнения (13) действительны, причем два из них равны; 3) если S<0, то все три корня уравнения (13) действительны, причем все они различны.


Пусть S=0, т.е. .


Общее решение уравнения (11) в этом случае имеет вид:


, (14)


где ,


.


Удовлетворяя (14) граничным условиям (12), получим линейную алгебраическую систему трех уравнений относительно с определителем:


.


Положим, что . Тогда находят по формулам:


, (15)


, (16)


, (17)


где


,



,


,



,


,



,


,


,


,


,


,


,



.


Учитывая (15) – (17) в (14), получаем:


,


где ,


,


,


или


, (18)


где .


Если считать функцию известной, то (18) представляет собой интегральное уравнение Фредгольма второго рода с вырожденным ядром относительно . Обозначив


,


решение уравнения (18) будем искать в виде:


. (19)


После подстановки (19) в (18) имеем выражение:


.


Если , то определяется по формуле:


. (20)


Учитывая (19), (20) в (18), получаем:


, (21)


где ,


.


В равенстве (21) учтем значение . В результате будем иметь:



, (22)


где ,


,

<
br />

,


,


,




.


Перепишем уравнение (22) в виде:


, (23)


где .


В силу условий, наложенных на заданные функции , можем заключить, что , следовательно .


Обращая интегральное уравнение Вольтерра второго рода (23), получаем:


, (24)


где – резольвента ядра . Заметим, что резольвента обладает такими же свойствами, что и ядро [3].


Заменяя в равенстве (24) функцию ее значением, получаем:


, (25)


где ,


.


Перепишем уравнение (25) в виде:


, (26)


где .


Решение уравнения (26) будем искать в виде:


, (27)


где .


Поступая аналогично предыдущему случаю, получим


, если .


Таким образом, имеем:






3 Труды молодых ученых № 3, 2007


, (28)

где .


Уравнение (28) перепишем в виде:


, (29)


где .


Решение уравнения (29) ищем в виде:


, (30)


где .


Подберем теперь постоянную так, чтобы определенная формулой (30) функция была решением интегрального уравнения (29). С этой целью внесем выражение (30) для в левую часть (29). После простых вычислений получаем:


,


откуда


,


где положено, что


.


Таким образом, имеем:


. (31)


Полагая в равенстве , находим


,


если , т.е.





.


Пусть теперь имеет место случай 2), причем :


.


В этом случае уравнение (6) принимает вид:


, (32)


где .


Учитывая условие (7), из (32) получаем соотношение , . Подставляя это значение в (32), находим


. (33)


Подставляя (33) в (10), получаем нагруженное уравнение:


, (34)


где ,


,


,



с внутренне-краевыми условиями (12).


Рассмотрим частный случай, когда , т.е.


=; , т.е.


; , т.е.


.


Тогда общее решение однородного уравнения


имеет вид [4]:



где .


Пусть . Методом вариации постоянных находим общее решение неоднородного уравнения (34) в виде:


, (35)


где ,


.


Удовлетворяя (35) условиям (12), получаем:


,


,


где


,


,


, причем выполняется условие


, т.е. .


Равенство (35) перепишем в виде:


, (36)


где , .


Из (36) при , имеем


,


если выполняется условие , т.е.


.


Пусть имеет место случай 3), причем , . Тогда уравнение (6) принимает вид [1]:


. (37)


Полагая в равенстве (37) и, учитывая условия , получим:


.


Следовательно, для имеем представление



, (38)


где .


Если выполняется условие 4) и функции , причем , то имеем равенство


. (39)


Полагая в равенстве (39) и, учитывая условие , находим


.


Таким образом, имеем, что


. (40)


Полагая в равенствах (38), (40) , найдем , а затем, подставляя их в равенство (10), однозначно найдем неизвестную функцию .


Случай исследуется аналогично.


После определения функций решение задачи в области задается формулой (4), а в области приходим к задаче (1), (2), .


Решение этой задачи дается формулой [5]:



, (41)


где


.


Отсюда, полагая в равенстве (41) , получаем систему интегральных уравнений типа Вольтерра второго рода:


(42)


где ,


.


В силу свойств функции и ядер системы (42), нетрудно убедиться, что система уравнений (42) допускает единственное решение в пространстве [3].


Список литературы


Наджафов Х.М. Об одной общей краевой задаче со смещением для уравнения Лаврентьева-Бицадзе // Известия КБНЦ РАН. Нальчик, №1(8), 2002.


Фадеев Д.К. Лекции по алгебре. М.1984.


Мюнтц Г. Интегральные уравнения. Л.-М., Т.1, 1934.


Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. М.: Наука, 1971.


Джураев Т.Б. Краевые задачи для уравнений смешанного и смешанно-составного типов. Ташкент: Фан, 1979.

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

Название реферата: Об одной общей краевой задаче со смещением для нагруженного уравнения третьего порядка с кратными характеристиками

Слов:1148
Символов:9816
Размер:19.17 Кб.