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
☆

361

Задача 6. Методом Д’Аламбера знайти розв’язок u(x, t) хвильового рівняння:

∂2u

= a2

∂2u

,

a2 =

T

,

∂t2

∂x2

0

ρ

 

 

 

 

що визначає форму однорідної нескінченної струни, якщо в початковий момент часу t = 0 форма струни і швидкість точки

струни з абсцисою x визначається відповідно функціями ϕ(x)

і ψ(x):

6.1.

ϕ(x)= x(2 − x), ψ(x)= e−x .

6.2.

ϕ(x)= x2 ,

ψ(x)= sin x .

6.3.

ϕ(x)= ex ,

ψ(x)= ωx .

6.4.

ϕ(x)= sin x ,

 

ψ(x)= v0 .

6.5.

ϕ(x)= sin x ,

 

ψ(x)= cos x .

6.6.

ϕ(x)= cos x ,

 

ψ(x)= sin x .

6.7.

ϕ(x)= cos x ,

 

ψ(x)= x .

6.8.

ϕ(x)= x , ψ(x)= cos x .

6.9.

ϕ(x)= x(1 − x),

ψ(x)= ex .

6.10.

ϕ(x)= e−x ,

ψ(x)= 5 .

6.11.

ϕ(x)= x2 + x ,

ψ(x)= e2 x .

6.12.

ϕ(x)= x3 ,

ψ(x)= sin 2x .

6.13.

ϕ(x)= x2 − 4 ,

ψ(x)= cos3x .

6.14.

ϕ(x)= 4 − x2 ,

ψ(x)= 2x .

6.15.

ϕ(x)= −x ,

ψ(x)= ωx .

6.16.

ϕ(x)= 2 −3x ,

ψ(x)= ωx2 .

6.17.

ϕ(x)= sin 2x ,

ψ(x)= 3x2 .

6.18.ϕ(x)= ex , ψ(x)= xsin x .

6.19.ϕ(x)= e2 x , ψ(x)= xcos x .

6.20.

ϕ(x)= cos x ,

ψ(x)= ex .

6.21.

ϕ(x)= cos 2x ,

ψ(x)= e−x .

362

6.22. ϕ(x)= x ,

ψ(x)= e2 x .

6.23. ϕ(x)= 2x −5 ,

ψ(x)= 2x .

6.24. ϕ(x)= 2e−x ,

ψ(x)= ωx2 .

6.25. ϕ(x)= 4ex

,

ψ(x)= cos x .

6.26. ϕ(x)= x2 −1 ,

 

ψ(x)= e−2 x .

6.27. ϕ(x)=1 − x2 ,

 

ψ(x)= cos x .

6.28. ϕ(x)= x(2 + x),

ψ(x)= sin x .

6.29. ϕ(x)= e2 x

,

ψ

(x)= v .

 

 

 

0

6.30. ϕ(x)= e3x

,

ψ(x)= 3x2 .

Задача 7. Сформулювати і розв’язати задачу математичної фізики.

7.1.

∂2u

=

∂2u

+

∂2u

 

,

 

 

∂t

2

∂x2

∂y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, y, 0)=

xy

(2 − x)(3 − y),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u(x, y, 0) 64

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

u

 

 

∂

2

u

 

 

∂

2

u

 

 

7.2.

∂

=

 

 

+

 

 

,

∂t

2

4

∂x

2

∂y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, y , 0)= xy(3 − x)(4 − y),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u(x, y , 0)

= 0

 

,

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

u

 

 

2

u

 

 

∂

2

u

 

 

7.3.

∂

=

 

∂

+

 

 

,

∂t

2

9

∂x

2

∂y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(0, y, t)= 0 ,u(x, 0, t)= 0 ,u(2, y, t)= 0 ,u(x, 3, t)= 0 .

u(0, y , t)= 0 ,u(x, 0, t)= 0 ,u(3, y , t)= 0 ,u(x, 4, t)= 0 .

 

u(x, y, 0)= xy(4 − x)(5 − y),

 

 

∂u(x, y

, 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

u

 

∂

2

u

 

∂

2

u

 

 

7.4.

∂

 

 

 

 

 

,

∂t

2

=16

∂x

2 +

∂y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, y, 0)= xy(5 − x)(6 − y),

 

 

∂u(x, y

, 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

u

 

 

 

 

 

2

u

 

 

 

2

u

 

 

7.5.

∂

 

 

∂

 

 

∂

 

 

,

∂t

2

= 25

∂x

2 +

∂y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, y, 0)= xy(6 − x)(2 − y),

 

 

∂u(x, y

, 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

u

 

∂

2

u

 

 

 

2

u

 

 

 

 

7.6.

∂

 

 

 

+

∂

 

 

 

,

∂t

2

= 4

∂x

2

 

∂y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, y, 0)= xy(2 − x)(4 − y),

 

 

∂u(x, y

, 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

u

 

 

2

u

 

 

 

2

u

 

 

 

 

7.7.

∂

 

∂

 

 

+

∂

 

 

 

,

∂t

2

= 9

∂x

2

 

∂y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, y, 0)= xy(3 − x)(5 − y),

 

 

∂u(x, y

, 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

363

u(0, y, t)= 0 ,

u(x, 0, t)= 0 ,u(4, y, t)= 0 ,

u(x, 5, t)= 0 .

u(0, y , t)= 0 ,u(x, 0, t)= 0 ,u(5, y, t)= 0 ,u(x, 6, t)= 0 .

u(0, y, t)= 0 ,u(x, 0, t)= 0 ,u(6, y, t)= 0 ,u(x, 2, t)= 0 .

u(0, y, t)= 0 ,u(x, 0, t)= 0 ,u(2, y, t)= 0 ,u(x, 4, t)= 0 .

u(0, y, t)= 0 ,u(x, 0, t)= 0 ,u(3, y, t)= 0 ,u(x, 5, t)= 0 .

364

 

 

2

u

 

 

 

 

2

u

 

 

 

2

u

 

 

 

7.8.

∂

 

 

 

∂

 

+

∂

 

 

,

∂t

2

=16

∂x

2

 

∂y

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, y, 0)= xy(4 − x)(6 − y),

 

 

∂u(x, y, 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

u

 

 

 

 

2

u

 

 

2

u

 

 

7.9.

∂

 

 

 

∂

 

+

∂

 

 

,

∂t

2

= 25

∂x

2

∂y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, y, 0)= xy(5 − x)(2 − y),

 

 

∂u(x, y, 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.10.

 

∂2u

=

∂2u

+

 

∂2u

 

 

,

 

 

 

 

∂t

2

∂x2

 

∂y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, y , 0)= xy(6 − x)(3 − y),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u(x, y , 0)

 

= 0

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

u

 

 

 

2

u

 

 

2

u

 

 

7.11.

 

∂

=

 

∂

+

∂

 

,

 

∂t

2

9

∂x

2

 

∂y

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, y, 0)= xy(2 − x)(5 − y),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u(x, y, 0)

 

= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

u

 

 

 

∂

2

u

 

∂

 

2

 

 

 

7.12.

 

∂

 

 

 

 

 

 

 

u

,

 

∂t

2

=16

∂x

2 +

∂y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(0, y, t)= 0 ,

u(x, 0, t)= 0 ,u(4, y , t)= 0 ,

u(x, 6, t)= 0 .

u(0, y, t)= 0 ,u(x, 0, t)= 0 ,u(5, y, t)= 0 ,u(x, 2, t)= 0 .

u(0, y , t)= 0 ,u(x, 0, t)= 0 ,u(6, y , t)= 0 ,u(x, 3, t)= 0 .

u(0, y, t)= 0 ,u(x, 0, t)= 0 ,u(2, y, t)= 0 ,u(x, 5, t)= 0 .

 

u(x, y , 0)= xy(3 − x)(6 − y),

 

 

∂u(x, y , 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

u

 

 

 

 

2

u

 

 

 

 

2

u

 

 

7.13.

∂

 

 

∂

 

+

∂

 

 

,

∂t

2

= 25

∂x

2

∂y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, y , 0)= xy(4 − x)(2 − y),

 

 

∂u(x, y , 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.14.

∂2u

=

∂2u

+

 

 

∂2u

,

 

 

 

 

 

∂t2

∂x

2

 

 

∂y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, y, 0)= xy(5 − x)(3 − y),

 

 

∂u(x, y, 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

u

 

 

 

2

u

 

 

 

 

2

u

 

 

 

 

7.15.

∂

 

 

∂

 

+

∂

 

 

 

,

∂t

2

= 4

∂x

2

 

∂y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, y , 0)= xy(6 − x)(4 − y),

 

 

∂u(x, y , 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

u

 

 

∂

2

u

 

 

∂

2

u

 

 

7.16.

∂

 

 

 

+

 

 

,

∂t

2

=16

∂x

2

∂y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, y , 0)= xy(2 − x)(6 − y),

 

 

∂u(x, y , 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

365

u(0, y , t)= 0 ,

u(x, 0, t)= 0 ,u(3, y , t)= 0 ,

u(x, 6, t)= 0 .

u(0, y , t)= 0 ,u(x, 0, t)= 0 ,u(4, y , t)= 0 ,u(x, 2, t)= 0 .

u(0, y, t)= 0 ,u(x, 0, t)= 0 ,u(5, y , t)= 0 ,u(x, 3, t)= 0 .

u(0, y , t)= 0 ,u(x, 0, t)= 0 ,u(6, y , t)= 0 ,u(x, 4, t)= 0 .

u(0, y , t)= 0 ,u(x, 0, t)= 0 ,

u(2, y , t)= 0 ,u(x, 6, t)= 0 .

366

 

2

u

 

 

 

 

2

u

 

 

 

2

u

 

 

7.17.

∂

 

 

∂

 

∂

 

,

∂t

2

= 25

∂x

2 +

∂y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, y , 0)= xy(3 − x)(2 − y),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u(x, y , 0)

= 0

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.18.

∂2u

=

∂2u

+

 

∂2u

 

,

 

 

 

 

∂t

2

∂x

2

 

∂y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, y, 0)= xy(4 − x)(3 − y),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u(x, y, 0)

= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

u

 

 

 

2

u

 

 

2

u

 

 

 

7.19.

∂

 

 

∂

+

∂

 

 

,

∂t

2

= 4

∂x

2

 

∂y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, y , 0)= xy(5 − x)(4 − y),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u(x, y , 0)

= 0

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

u

 

 

 

2

u

 

 

 

2

u

 

 

 

 

7.20.

∂

 

 

∂

 

+

∂

 

 

 

,

∂t

2

= 9

∂x

2

 

∂y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, y , 0)= xy(6 − x)(5 − y),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u(x, y , 0)

= 0

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

u

 

 

 

 

2

u

 

 

 

2

u

 

 

7.21.

∂

 

 

∂

 

∂

 

,

∂t

2

= 25

∂x

2 +

∂y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(0, y , t)= 0 ,

u(x, 0, t)= 0 ,u(3, y , t)= 0 ,

u(x, 2, t)= 0 .

u(0, y , t)= 0 ,u(x, 0, t)= 0 ,u(4, y, t)= 0 ,u(x, 3, t)= 0 .

u(0, y , t)= 0 ,u(x, 0, t)= 0 ,u(5, y , t)= 0 ,u(x, 4, t)= 0 .

u(0, y , t)= 0 ,u(x, 0, t)= 0 ,u(6, y , t)= 0 ,u(x, 5, t)= 0 .

u(x,

y , 0)= xy(2 − x)(2 − y),

 

∂u(x, y , 0)

 

 

= 0 ,

 

 

∂t

 

 

 

7.22.

∂2u

=

∂2u

+

 

∂2u

 

,

 

 

 

∂t

2

∂x2

 

∂y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, y, 0)= xy(3 − x)(3 − y),

 

 

∂u(x, y, 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

u

 

 

 

2

u

 

 

2

u

 

 

7.23.

∂

 

 

∂

+

∂

 

,

∂t

2

= 4

∂x

2

∂y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, y , 0)= xy(4 − x)(4 − y),

 

 

∂u(x, y , 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

u

 

 

 

2

u

 

 

2

u

 

 

7.24.

∂

 

 

∂

+

∂

 

,

∂t

2

= 9

∂x

2

 

∂y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, y , 0)= xy(5 − x)(5 − y),

 

 

∂u(x, y , 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

u

 

 

 

∂

2

u

 

∂

2

 

 

 

7.25.

∂

 

 

 

 

 

 

u

,

∂t

2

=16

∂x

2 +

∂y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, y , 0)= xy(6 − x)(6 − y),

 

 

∂u(x, y , 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

367

u(0, y , t)= 0 ,

u(x, 0, t)= 0 ,u(2, y , t)= 0 ,

u(x, 2, t)= 0 .

u(0, y, t)= 0 ,u(x, 0, t)= 0 ,u(3, y, t)= 0 ,u(x, 3, t)= 0 .

u(0, y , t)= 0 ,u(x, 0, t)= 0 ,u(4, y , t)= 0 ,u(x, 4, t)= 0 .

u(0, y , t)= 0 ,u(x, 0, t)= 0 ,u(5, y , t)= 0 ,u(x, 5, t)= 0 .

u(0, y , t)= 0 ,u(x, 0, t)= 0 ,

u(6, y , t)= 0 ,u(x, 6, t)= 0 .

368

 

2

u

 

 

∂

2

u

 

∂

2

 

 

 

7.26.

∂

 

 

 

 

 

u

,

∂t

2

=144

∂x

2 +

∂y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, y , 0)= xy(2 − x)(7 − y),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u(x, y , 0)

 

= 0

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

u

 

∂

2

u

 

∂

2

 

 

 

7.27.

∂

 

 

 

 

 

 

u

,

∂t

2

=121

∂x

2 +

∂y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, y , 0)= xy(3 − x)(7 − y),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u(x, y , 0)

 

= 0

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

u

 

 

∂

2

u

 

∂

2

 

 

 

7.28.

∂

 

 

 

 

 

u

,

∂t

2

=100

∂x

2 +

∂y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, y , 0)= xy(4 − x)(5 − y),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u(x, y , 0)

 

= 0

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

u

 

 

2

u

 

 

 

2

u

 

 

 

7.29.

∂

 

∂

 

+

∂

 

 

,

∂t

2

= 81

∂x

2

 

∂y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, y , 0)= xy(5 − x)(4 − y),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u(x, y , 0)

 

= 0

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

u

 

 

2

u

 

 

2

 

 

 

 

 

7.30.

∂

 

∂

 

+

∂

 

u

,

∂t

2

= 64

∂x

2

∂y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(0, y , t)= 0 ,

u(x, 0, t)= 0 ,u(2, y , t)= 0 ,

u(x, 7, t)= 0 .

u(0, y , t)= 0 ,u(x, 0, t)= 0 ,u(3, y , t)= 0 ,u(x, 7, t)= 0 .

u(0, y , t)= 0 ,u(x, 0, t)= 0 ,u(4, y , t)= 0 ,u(x, 5, t)= 0 .

u(0, y , t)= 0 ,u(x, 0, t)= 0 ,u(5, y , t)= 0 ,

u(x, 4, t)= 0 .

u(x, y , 0)= xy(6 − x)(3 − y),

 

∂u(x, y , 0)

 

 

= 0 ,

 

∂t

 

 

369

u(0, y , t)= 0 ,

u(x, 0, t)= 0 ,u(6, y , t)= 0 ,

u(x, 3, t)= 0 .

Задача 8. Розв’язати першу крайову задачу для хвильового рівняння в крузі.

8.1.

∂2u

=

u ,

 

 

 

 

0 ≤ r < 25 ,

0 < t < ∞ ,

∂t

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

r

 

2

 

 

 

u(r , 0)=

 

 

 

1

−

 

 

 

 

,

 

 

8

25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

0 ,

 

 

 

 

 

 

u(25, t)= 0 .

 

∂u(r , 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.2.

∂2u

= 2

u

,

 

 

 

0

 

≤ r < 24 ,

0 < t < ∞ ,

∂t

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

r

 

2

 

 

 

u(r , 0)=

 

 

 

1

−

 

 

 

 

 

,

 

 

8

 

24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0 ,

 

 

 

 

 

 

u(24, t)= 0 .

 

∂u(r , 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.3.

∂2u

= 3

u

,

 

 

0

 

≤ r < 23 ,

0 < t < ∞ ,

∂t

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

r

 

2

 

 

 

u(r , 0)=

 

 

 

1

−

 

 

 

,

 

 

8

 

23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0 ,

 

 

 

 

 

u(23, t)= 0 .

 

∂u(r , 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.4.

∂2u

= 4

u

,

 

 

 

0

 

≤ r < 22 ,

0 < t < ∞ ,

∂t

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

370

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

r

2

 

 

u(r , 0)=

 

 

 

1

−

 

 

 

 

 

 

,

 

8

22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u(r , 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.5.

∂2u

= 5

u ,

 

 

0 ≤ r < 21 ,

∂t2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

r

2

 

 

u(r , 0)=

 

 

 

1

−

 

 

 

 

,

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

 

 

 

 

∂u(r , 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.6.

∂2u

= 6

u ,

 

 

0 ≤ r < 20 ,

∂t2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

r

2

 

 

u(r , 0)=

 

 

 

1

−

 

 

 

 

 

 

,

 

8

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u(r , 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.7.

∂2u

= 7

u ,

 

 

0 ≤ r <19 ,

∂t2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

r

2

 

 

u(r , 0)=

 

 

 

1

−

 

 

 

,

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19

 

 

 

 

 

 

 

∂u(r , 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.8.

∂2u

= 8

u

,

 

 

0 ≤ r <18 ,

∂t2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

r

2

 

 

u(r , 0)=

 

 

 

1

−

 

 

,

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

 

 

 

 

 

 

 

∂u(r , 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(22, t)= 0 .

0 < t < ∞ ,

u(21, t)= 0 .

0 < t < ∞ ,

u(20, t)= 0 .

0 < t < ∞ ,

u(19, t)= 0 .

0 < t < ∞ ,

u(18, t)= 0 .