- •1.Классификация уравнений в частных производных в точке (в области).
- •2.Приведение к каноническому виду уравнения 2 – го порядка в случае
- •3.Приведение к каноническому виду уравнений второго порядка с постоянными коэффициентами в случае независимых переменных.
- •4.Постановка задачи Коши. Теорема Ковалевской
- •5.Корректность постановки задачи. Пример Адамара.
- •6. Уравнения колебания струны
- •7.Малые продольные колебания упругого стержня
- •8.Малые крутильные колебания вала.
- •9. Телеграфное уравнение. Частные случаи.
- •10. Уравнение колебания мембраны
- •11. Уравнение теплопроводности
- •12.Задача Коши для одномерного волнового уравнения.
- •13.Осреднение функции на сфере и трехмерное волновое уравнение.
- •14.Задача Коши для трехмерного волнового уравнения. Формула Кирхгофа
- •15.Задача Коши для волнового уравнения. Метод спуска. Формула Пуассона.
- •16.Единственность и устойчивость решения задачи Коши для волнового уравнения.
- •17.Элементарное (фундаментальное) решение уравнения теплопроводности.
- •18.Задача Коши для уравнения теплопроводности.
- •19.Принцип экстремума для уравнений теплопроводности.
- •20.Единственность и устойчивость решения задачи Коши для уравнения теплопроводности.
- •21.Задача Штурма-Лиувилля. Свойства собственных значений и собственных функций.
- •22.Метод Фурье решения смешанных задач для однородных уравнений гиперболического и параболического типа.
- •23.Самосопряженность дифференциального оператора. Формулы Грина.
- •24.Смешанные задачи для неоднородных уравнений. Задачи с неоднородными граничными условиями.
- •25.Единственность решений смешанных задач для волнового уравнения и уравнения теплопроводности.
- •26.Свободные колебания прямоугольной мембраны.
- •27.Уравнение Бесселя. Функции Бесселя.
- •28.Радиальные колебания круглой мембраны.
- •29.Крутильные колебания вала с диском на конце.
- •30.Уравнение эллиптического типа.
- •31. Определение гармонической функции. Фундаментальное решение уравнения Лапласа
- •32. Решение задачи Дирихле для ур-я Лапласа внутри и вне круга.
- •33.Внутренняя и внешняя задача Неймана для круга. Необходимое условие существования. Теорема Гаусса
- •34. Метод Фурье решения задач Дирихле и Неймана для круговых областей.
- •35. Интегральное представление произвольной функции
- •36. Свойства гармонических функций: аналитичность и теорема о среднем на сфере
- •37.Свойства гармонических функций: принцип максимума/минимума.
- •38 Единственность и устойчивость решения задачи Дирихле.
- •39. Функция Грина в задаче Дирихле.
- •40.Функция Грина в задаче Неймана.
- •41.Формула Пуассона решения внутр. Задачи Дирихле для шара
- •42.Формула Пуассона решения задачи Дирихле для круга
- •43.Неравенство Харнака. Теорема Лиувилля
- •44. Поведение производных гармонической функции на бесконечности.
- •45. Единственность решения задачи Неймана.
- •46.Потенциалы:объемный, простого слоя, двойного слоя.
- •47. Свойства объемного потенциала
- •48. Свойства потенциала простого слоя
- •49.Свойства потенциалов двойного слоя.
- •50.Сведение краевых задач к интегральным уравнениям
37.Свойства гармонических функций: принцип максимума/минимума.
Теорема:
Если функция
является гармонической в области
и непрерывной вплоть до границы этой
области, то внутри области она не имеет
ни max
ни min
достигая своего наибольшего и наименьшего
значения на границе области.
►Будем рассматривать только случай max.
Пусть функция удовлетворяет условию теоремы и достигает max значение в некоторой внутренней точке x области .
Окружим
точку x
шаровой поверхностью радиус которой
выберем настолько малым, чтобы выполнялось
неравенство
,
где
-это
произвольная точка лежащая на поверхности
сферы или находящаяся внутри. Расстояние
между точкой x
и точкой
.
Всегда можно подобрать
таким образом, чтобы
Рассмотрим
теперь вспомогательную функцию
если
точка
совпадает с точкой x,
то
,
это означает, что значение
в точке x
превосходит наибольшее значение этой
функции на
,
так как
Отсюда следует, что max функции находится внутри шаровой поверхности.
полученное
противоречие говорит о том, что max
ф-ции v,
а значит и u
не может нах-ся во внутренней точке Ώ.
Аналогично рассм. случай min.
Т.к. ф-ция u(x) имеет непрерывные производные вплоть до гран-ой обл. , то по теор. Вейерштрасса max и min значения этой ф-ции достигаются на границе.◄
Следствие1:
если ф-ция u(x)
является гарм. в огр. обл. Ώ, то
Следствие2:
если ф-ция u(x)
является гарм. в неогр. обл. Ώ с конечной
границей Г, то
достигается
на границе.
►окружим конечную границу сферой радиуса R. Обл. между границей и сферой конечна и ф-ция явл. гармонической в ней.
.
Т.к. ф-ция u(x)
является гарм. в неогр. обл. Ώ, то
Если
R
,
то
и
из следствия 1 => что если
,
то u(x)=0◄
38 Единственность и устойчивость решения задачи Дирихле.
Теорема. Решение зад. Дирихле (внутр. или внешн.)для Ур-ния Лапласа или Пуассона и единственно, и устойчиво, т.е. про достаточно малом изменении граничных условий мало изменяется и решение.
►
Предположим,
что эта зад. имеет два различных решения
и
.
Разность решений обозначим v(x)=
-
.
На
основании принципа экстремума и следствия
из него v=0.=>
=
,
т.е. решение единственно. (по опр.)
как только разность между гран. усл-ями
,
: , : .
v(x)= - =>
◄
39. Функция Грина в задаче Дирихле.
Рассм.
зад. Дирихле для ур-ния Лапласа
.
Т.к. ф-ция u(x) явл. Гармонической в обл. Ώ, то в случае огр-ти этой обл., она допускает интегральное представление.
Возьмем некотор. Ф-цию q(x,ξ), котор. Является гармонической внутри обл. Ώ, как ф-ция переменной ξ, имеет вплоть до границы производные 1-ого порядка.
Запишем вторую формулу Грина в случае оп-ра Лапласа.
В
этой формуле u
оставим без изменения, а в кач-ве v
возьмем q(x,ξ)
=>
=0.
сложим последнюю формулу с формулой
определяющей интегральное представление
гармонической в обл. Ώ ф-ции.
[
|
=
]
-
ф-ция Грина внутр. зад. Дирихле.
Ф-ция
=
наз.
ф-цией Грина задачи Дирихле, если она
удовлетворяет след. требованиям:
явл. гармонической в обл. Ώ исключая точку ξ=х, где она обращается в ∞.
в обл. Ώ ф-ция допускает представление = ,
где
явл. гармонической как ф-ция переменной
ξ в обл. Ώ.
Т.к.
,
.
Если , то решение задачи Дирихле свелось бы к вычислению интеграла от произведения гран. усл-я и производной по нормали ф-ции Грина.
