задача (Задача Штурма-Лиувилля и функция Грина)

PDF-файл задача (Задача Штурма-Лиувилля и функция Грина) Математический анализ (5911): Другое - 1 семестрзадача (Задача Штурма-Лиувилля и функция Грина) - PDF (5911) - СтудИзба2015-11-14СтудИзба

Описание файла

Файл "задача" внутри архива находится в папке "Задача Штурма-Лиувилля и функция Грина". PDF-файл из архива "Задача Штурма-Лиувилля и функция Грина", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "математический анализ" из 1 семестр, которые можно найти в файловом архиве МАИ. Не смотря на прямую связь этого архива с МАИ, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "остальное", в предмете "математический анализ" в общих файлах.

Просмотр PDF-файла онлайн

Текст из PDF

ÔÓÍÊÖÈß ÃÐÈÍÀ È ÇÀÄÀ×À ØÒÓÐÌÀ-ËÈÓÂÈËËßÑ. Â. ÏÈÊÓËÈÍ1.Ïîñòàíîâêè çàäà÷ è îïðåäåëåíèÿ∩Ïóñòü x ∈ R1 , Ω = (a, b) èíòåðâàë ÷èñëîâîé ïðÿìîé, , u(x) ∈ C 2 (Ω) C 1 (Ω) ôóíêöèÿ íà îòðåçêå Ω = [a, b], òàêàÿ ÷òî u′′ (x) ∈ L2 (Ω). Ðàññìîòðèì ëèíåéíûéîïåðàòîð äèâåðãåíòíîãî âèäà:Lu(x) ≡ −(p(x)u′ (x))′ + q(x)u(x),(1)ãäå p(x) ∈ C 1 (Ω) äèôôåðåíöèðóåìàÿ ôóíêöèÿ, íå îáðàùàþùàÿñÿ â íîëü íèãäå â Ω,q(x) ∈ C(Ω) íåïðåðûâíàÿ ôóíêöèÿ. Íà u(x) íàêëàäûâàþòñÿ ãðàíè÷íûå óñëîâèÿ âòî÷êàõ a è b:α1 u(a) + α2 u′ (a) = 0, α12 + α22 ̸= 0,(2)β1 u(b) + β2 u′ (b) = 0, β12 + β22 ̸= 0.(3)Áóäåì ðàññìàòðèâàòü çàäà÷ó(4)Lu(x) = f (x)Ñîãëàñíî ôîðìóëå èíòåãðèðîâàíèÿ ïî ÷àñòÿì, ôóíêöèÿ u(x) ÿâëÿåòñÿ ðåøåíèåìóðàâíåíèÿ (4) â òîì è òîëüêî â òîì ñëó÷àå, êîãäà äëÿ ëþáîé áåñêîíå÷íî ãëàäêîéôóíêöèè φ(x) ñ êîìïàêòíûì íîñèòåëåì â Ω âûïîëíåíî ñîîòíîøåíèå:∫∫∫′′p(x)u (x)φ (x)dx + q(x)u(x)φ(x)dx =φ(x)f (x).(5)ΩΩΩ(Êîìïàêòíîñòü íîñèòåëÿ ôóíêöèè φ îçíà÷àåò, ÷òî φ(x) = 0, äëÿ âñåõ x èç íåêîòîðîéîêðåñòíîñòè òî÷åê a è b).Åñëè äëÿ ôóíêöèè u(x), íå ðàâíîé òîæäåñòâåííî íóëþ, è ÷èñëà λ ∈ R âûïîëíÿåòñÿðàâåíñòâîLu(x) = λu(x),(6)òî u(x) íàçûâàþò ñîáñòâåííîé ôóíêöèåé, à λ ñîáñòâåííûì çíà÷åíèåì îïåðàòîðà L.Çàäà÷à ïî îòûñêàíèþ ñîáñòâåííûõ ÷èñåë è ñîáñòâåííûõ ôóíêöèé íàçûâàåòñÿ çàäà÷åéØòóðìà-Ëèóâèëëÿ.

Ñîáñòâåííûå ôóíêöèè è çíà÷åíèÿ èãðàþò âàæíóþ ðîëü â èíæåíåðíûõè ôèçè÷åñêèõ çàäà÷àõ.Íåïðåðûâíàÿ ôóíêöèÿ äâóõ ïåðåìåííûõ G(x, y) : Ω × Ω → R, òàêàÿ ÷òîLG(x, y) = δ(x − y),(7)íàçûâàåòñÿ ôóíêöèåé Ãðèíà îïåðàòîðà L; çäåñü δ(x) äåëüòà-ôóíêöèÿ Äèðàêà.Óñëîâèå (7) îçíà÷àåò (ïî îïðåäåëåíèþ), ÷òî äëÿ ëþáîé ãëàäêîé ôóíêöèè φ(x) ñêîìïàêòíûì íîñèòåëåì âûïîëíåíî ñîîòíîøåíèå:∫∫′′p(x)Gx (x, y)φ (x)dx + q(x)G(x, y)φ(x)dx = φ(y).(8)ΩΩ12Ñ. Â. ÏÈÊÓËÈÍÑ ïîìîùüþ ôóíêöèè Ãðèíà ðåøåíèå çàäà÷è (4) âûðàæàåòñÿ ôîðìóëîé∫u(x) =G(x, y)f (y)dx,(9)Ωòàêèì îáðàçîì, èíòåãðàëüíûé îïåðàòîð â ïðàâîé ÷àñòè (9) ÿâëÿåòñÿ îáðàòíûì ê L.Çàäà÷à Øòóðìà-Ëèóâèëëÿ (6), (2), (3) ñâîäèòñÿ ñ ïîìîùüþ ôóíêöèè Ãðèíà G(x, y)ê èíòåãðàëüíîìó óðàâíåíèþ∫u(x) = λ G(x, y)u(y)dx.(10)Ω îòëè÷èå îò äèôôåðåíöèàëüíîãî óðàâíåíèÿ (6), èíòåãðàëüíîå óðàâíåíèå (10) óæåñîäåðæèò â ñåáå èíôîðìàöèþ î ãðàíè÷íûõ óñëîâèÿõ (2) è (3).2.Ïîñòðîåíèå ôóíêöèè ÃðèíàÏîñòðîèì ôóíêöèþ Ãðèíà äëÿ îïåðàòîðà L (1).

Ïëàí ïîñòðîåíèÿ òàêîâ:1) ðåøèòü (4) êàê îáûêíîâåííîå äèôôåðåíöèàëüíîå óðàâíåíèå ïî îòäåëüíîñòèäëÿ óñëîâèÿ (2) è (3), ïîëó÷èòü ñîîòâåòñòâåííî ðåøåíèÿ ua (x) è ub (x);2) äëÿ äàííîé òî÷êè y ∈ Ω ñêîíñòðóèðîâàòü èç ua (x) è ub (x) íåïðåðûâíóþôóíêöèþ gy (x), óäîâëåòâîðÿþùóþ óñëîâèÿì (2), (3) è óðàâíåíèþ (4) âåçäåâ Ω, êðîìå òî÷êè y .  òî÷êå x = y ôóíêöèÿ gy (x) äîëæíà áûòü íåïðåðûâíà,à åå ïðîèçâîäíàÿ ðàçðûâíà; òîãäà ïðè ïîâòîðíîì äèôôåðåíöèðîâàíèè â (1)âîçíèêíåò äåëüòà-ôóíêöèÿ ñ íåêîòîðûì (íå ðàâíûì íóëþ) êîýôôèöèåíòîì cy ;3) íîðìèðîâàòü gy (x) íà cy ïîëîæèòü G(x, y) = gy (x)/cy .Ïóñòü ua (x) è ub (x) ðåøåíèÿ, îïèñàííûå â ï.

1). Çàôèêñèðóåì òî÷êó y ∈ Ω.Ïîëîæèì{ka ua (x), åñëè a < x <= ygy (x) =(11)kb ub (x), åñëè y <= x < bãäå ka = ub (y), kb = ua (y). Ôóíêöèÿ gy (x) óäîâëåòâîðÿåò óñëîâèÿì ïóíêòà 2).Îáîçíà÷èâ u(x) = ka ua (x)−kb ub (x), ïîäñòàâèì gy (x) â îïðåäåëåíèå (8) âìåñòî G(x, y):∫∫′′p(x)gy (x)φ (x)dx + q(x)gy (x)φ(x)dx =(12)∫ Ωy∫Ωyp(x)u′ (x)φ′ (x)dx +q(x)u(x)φ(x)dx =(13)aa∫ yy′[p(x)u (x)φ(x)]a +Lu(x)φ(x)dx = p(y)u′ (y)φ(y).(14)a ïåðâîì ðàâåíñòâå ó÷òåíî îïðåäåëåíèå (4) äëÿ ôóíêöèè ub (x) è ñîîòíîøåíèå u(x) =gy (x) − ub (x), âûïîëíåííîå ïðè x ∈ (a, y).  ïîñëåäíåì ðàâåíñòâå èñïîëüçóåòñÿ òî,÷òî Lu(x) = 0. Êàê è ñëåäîâàëî îæèäàòü, ôóíêöèÿ gy (x) îòëè÷àåòñÿ îò G(x, y)òîëüêî ïîñòîÿííûì ìíîæèòåëåì cy = −k(y) = p(y)u′ (y), ãäå k(y) ðàâíî ñêà÷êóôóíêöèè p(x)gy′ (x) â òî÷êå x = y :k(y) = p(y)[ua (y)u′b (y) − ub (y)u′a (y)] = p(y)w(y).(15) u (y) ub (y) îïðåäåëèòåëü Âðîíñêîãî (âðîíñêèàí) ðåøåíèé ua (y)Çäåñü w(y) ≡ a′ua (y) u′b (y) è ub (y).

Ñîãëàñíî èçâåñòíîìó ñâîéñòâó âðîíñêèàíà (ñì. ñëåäóþùèé ïóíêò), ñïðàâåäëèâîÔÓÍÊÖÈß ÃÐÈÍÀ È ÇÀÄÀ×À ØÒÓÐÌÀ-ËÈÓÂÈËËß3ñîîòíîøåíèå: p(y)w(y) = const, òî åñòü k = p(a)w(a) íå çàâèñèò îò y .  ÷àñòíîñòè,ôóíêöèÿ Ãðèíà îêàçûâàåòñÿ ñèììåòðè÷íîé îòíîñèòåëüíî x è y :{1 ub (y)ua (x), åñëè a < x <= yG(x, y) = −(16)ua (y)ub (x), åñëè y <= x < bk3.Îïðåäåëèòåëü ÂðîíñêîãîÏóñòü f1 (x), f2 (x), . . . , fn (x), n−1 ðàç äèôôåðåíöèðóåìûå ôóíêöèè.

ÎïðåäåëèòåëåìÂðîíñêîãî (âðîíñêèàíîì) íàáîðà ôóíêöèé fi (x) íàçûâàåòñÿ äåòåðìèíàíò f1 (x)f2 (x)···fn (x) f1′ (x)···fn′ (x) f2′ (x)′′′′f2 (x)···fn′′ (x) (17)w(f1 , . . . , fn )(x) = f1 (x)............ (n−1)(n−1)(n−1) f1(x) f2(x) · · · fn(x) Ðàññìîòðèì îäíîðîäíîå ëèíåéíîå (îáûêíîâåííîå) äèôôåðåíöèàëüíîå óðàâíåíèå ïîðÿäêà n:an (x)f (n) (x) + an−1 (x)f (n−1) (x) + · · · + a1 (x)f ′ (x) + a0 (x)f (x) = 0Óòâåðæäåíèå.(18)Ïóñòü f1 (x), f2 (x), . . .

, fn (x) ðåøåíèÿ óðàâíåíèÿ (18), èw(x) = w(f1 , . . . , fn )(x) èõ âðîíñêèàí. Òîãäà ñïðàâåäëèâî óðàâíåíèåan (x)w′ (x) + an−1 (x)w(x) = 0.(19)Åñëè u1 (x) è u2 (x) ðåøåíèÿ óðàâíåíèÿ Lu(x) = 0, ãäå L îïåðàòîðâèäà (1), è w(x) = w(u1 , u2 )(x) èõ âðîíñêèàí, òî (p(x)w(x))′ = 0.Ñëåäñòâèå.Äîêàæåì óòâåðæäåíèå äëÿ n = 2; â îáùåì ñëó÷àå äîêàçàòåëüñòâî àíàëîãè÷íî.Íåïîñðåäñòâåííî èç îïðåäåëåíèÿ äåòåðìèíàíòà ñëåäóåò ïðàâèëî Ëåéáíèöà: a(x) b(x) ′ a′ (x) b′ (x) a(x) b(x) (20) c(x) d(x) = c(x) d(x) + c′ (x) d′ (x) ,ãäå a(x), b(x), c(x), d(x) ïðîèçâîëüíûå äèôôåðåíöèðóåìûå ôóíêöèè. Ïðîèçâåäåìâû÷èñëåíèå: ′ u1 (x) u′2 (x) u1 (x) u2 (x) ′ + a2 (x) ′′a2 (x)w (x) = a2 (x) ′ u1 (x) u′′2 (x) =u1 (x) u′2 (x) u1 (x) u2 (x) u1 (x) u2 (x) − a0 (x) − a1 (x) ′ u1 (x) u2 (x) =u1 (x) u′2 (x) − a1 (x)w(x).Ýòî äîêàçûâàåò óòâåðæäåíèå.4.ÏðèìåðÍàéäåì ôóíêöèþ Ãðèíà äëÿ çàäà÷è1Lu(x) ≡ xu′′ (x) + u′ (x) − u(x) = 0,xu(1) = 0u(2) − u′ (2) = 0x ∈ (1, 2)(21)(22)(23)4Ñ.

Â. ÏÈÊÓËÈÍÇàïèøåì îïåðàòîð çàäà÷è (21) â ôîðìå (1):1Lu(x) = (xu′ (x))′ − u(x),(24)xòî åñòü, p(x) = −x, q(x) = − x1 . ×àñòíûå ðåøåíèÿ óðàâíåíèÿ (24) áóäåì èñêàòü ââèäå u(x) = xm . Èìååì: m2 xm−1 − xm−1 = 0, îòêóäà m = ±1:u1 (x) = x1u2 (x) = .xÍàéäåì ðåøåíèå çàäà÷è (24), (22) â âèäå ëèíåéíîé êîìáèíàöèè u1 (x) è u2 (x): ua (x) =c1 u1 (x) + c2 u2 (x), 0 = u(1) = c1 u1 (1) + c2 u2 (1) = c1 + c2 , ñëåäîâàòåëüíî1ua (x) = u1 (x) − u2 (x) = x − .xÀíàëîãè÷íî, íàõîäèì ub (x) = d(1 u1 (x) + d2)u2 (x),1130 = ub (2) − u′b (2) = (2 − 1)d1 +− (− ) d2 = d1 + d2 , îòêóäà2444ub (x) = 3x − .xÂû÷èñëèì îïðåäåëèòåëü Âðîíñêîãî:4 13x−x− ua (x) ub (x) xx 2= ,w(x) = ′=ua (x) u′b (x) 4 x1 1+3+ 2 x2xîòêóäà k = p(x)w(x) = −2.

Äëÿ íàõîæäåíèÿ k äîñòàòî÷íî âû÷èñëèòü p(x)w(x)|x=1 : 0 −1 = −2.k = p(1)w(1) = −1 × 2 7 Òàêèì îáðàçîì, () ()14 x − x × 3y − y ,1G(x, y) =() ()214× 3x −, y−yxåñëè 1 < x ≤ y(25)åñëè y ≤ x < 2..

Свежие статьи
Популярно сейчас
Как Вы думаете, сколько людей до Вас делали точно такое же задание? 99% студентов выполняют точно такие же задания, как и их предшественники год назад. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5166
Авторов
на СтудИзбе
437
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее