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

Гургула, Мойсишин "Розрахи з матана",

.pdf
Скачиваний:
1517
Добавлен:
17.02.2016
Размер:
2 Мб
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 в∂u 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.