From 66028dae2df86bec068fc8dd43b3aeddb77c322a Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Sergey Makarov Date: Tue, 18 Feb 2020 21:53:13 +0300 Subject: [PATCH] Fix typos in matphys seminars --- MatPhys/matphys_sem1.org | 26 ++-- MatPhys/matphys_sem1.tex | 277 ++++++++++++++++++++------------------- 2 files changed, 156 insertions(+), 147 deletions(-) diff --git a/MatPhys/matphys_sem1.org b/MatPhys/matphys_sem1.org index b0a6b32..7f075a3 100644 --- a/MatPhys/matphys_sem1.org +++ b/MatPhys/matphys_sem1.org @@ -1612,17 +1612,17 @@ u(x, t) = \frac1{2\sqrt{\pi a^2 t}}e^{\alpha x + a^2t + a^2t\alpha}\int_{\frac{- ** Задача 6.1 #+BEGIN_EXPORT latex Проверить, являются ли функции гармоническими: -1. u_1 = \frac1{\sqrt{x^2 + y^2 + z^2}}, x^2 + y^2 + z^2 -2. u_2 = e^{xyz} -3. u_3 = \sin x\sin y\sin z -4. u_4 = \sin 3x\sin 4y\sh 5z +1. $u_1 = \frac1{\sqrt{x^2 + y^2 + z^2}}, x^2 + y^2 + z^2$ +2. $u_2 = e^{xyz}$ +3. $u_3 = \sin x\sin y\sin z$ +4. $u_4 = \sin 3x\sin 4y\sh 5z$ #+END_EXPORT *** Решение #+BEGIN_EXPORT latex 1. $$\frac{\partial u}{\partial x} = -\frac{x}{(x^2 + y^2 + z^2)^{\frac32}}$$ $$\operatorname{grad}u = -\left\{\frac{x}{(x^2 + y^2 + z^2)^{\frac32}}, \frac{y}{(x^2 + y^2 + z^2)^{\frac32}}, \frac{z}{(x^2 + y^2 + z^2)^{\frac32}}\right\}$$ -$$\Delta u = \operatorname{div}(\operatorname{grad}u) = \frac{2x^2 - y^2 - z^2 + 2y^2 - x^2 - z^2 + 2z^2 - x^2 - y^2}{\frac{x^2 + y^2 + z^2}^{\frac52}} = 0$$ +$$\Delta u = \operatorname{div}(\operatorname{grad}u) = \frac{2x^2 - y^2 - z^2 + 2y^2 - x^2 - z^2 + 2z^2 - x^2 - y^2}{(x^2 + y^2 + z^2)^{\frac52}} = 0$$ $$\frac{\partial^2u}{\partial x^2} = -\frac{(x^2 + y^2 + z^2)^{\frac32}} + x\frac32(x^2 + y^2 + z^2)^{\frac12}\cdot2x = \frac{2x^2 - y^2 - z^2}{(x^2 + y^2 + z^2)^{\frac52}}$$ Гармоническая\\ 2. @@ -1916,10 +1916,12 @@ u(r, \varphi) = \frac12 + \left(\frac{a}r\right)^2\frac12\cos2\varphi #+END_EXPORT ** Задача 7.4 #+BEGIN_EXPORT latex +\begin{equation} \begin{cases} \Delta u = 0, r < a, 0 \leq \varphi \leq 2\pi, \\ \frac{\partial u}{\partial r}|_{r = a} = f(\varphi), \int_0^{2\pi}f(\varphi)d\varphi = 0. \end{cases} +\end{equation} Последнее условие является необходимым для наличия решения. #+END_EXPORT *** Решение @@ -2128,10 +2130,10 @@ G(P, Q) = \frac1{2\pi}\ln\frac1{r_{PQ}} - \frac1{2\pi}\ln\frac1{r_{PQ_1}} Пусть $Q(x_0, y_0)$. Введём точки $Q_1(x_0, -y_0), Q_2(-x_0, y_0), Q_3(-x_0, -y_0)$. Тогда функция Грина имеет вид: \begin{multline} -G = \frac1{2\pi}\left(\ln\frac1{\sqrt{(x - x_0)^2 + (y - y_0)^2}} - +G = \frac1{2\pi}(\ln\frac1{\sqrt{(x - x_0)^2 + (y - y_0)^2}} - \ln\frac1{\sqrt{(x - x_0)^2 + (y + y_0)^2}} - \\ - \ln\frac1{\sqrt{(x + x_0)^2 + (y - y_0)^2}} + -\ln\frac1{\sqrt{(x + x_0)^2 + (y + y_0)^2}}\right) +\ln\frac1{\sqrt{(x + x_0)^2 + (y + y_0)^2}}) \end{multline} #+END_EXPORT ** Задача 8.13 @@ -2324,7 +2326,7 @@ f_1'(x)\cdot(-a) + f_2'(x)\cdot a = \psi(x) \end{equation} или, интегрируя второе уравнение от $x_0$ до $x$: \begin{equation} --a\int_{x_0}^xf_1'(\xi)d\xi + a\int_{x_0}^xf_2'(\xi)d\xi = \int_{x_0}^x\psi(\xi)\d\xi +-a\int_{x_0}^xf_1'(\xi)d\xi + a\int_{x_0}^xf_2'(\xi)d\xi = \int_{x_0}^x\psi(\xi)d\xi \Rightarrow f_2(x) - f_1(x) = \frac1a\int_{x_0}^x\psi(\xi)d\xi \end{equation} @@ -2612,7 +2614,7 @@ u_t(x, 0) = 0, 0 \leq x \leq l. Собственные значения и собственнные функции ЗШЛ: \begin{equation} \begin{cases} -\lambda_n = \left(\frac{\pi n}l)^2, \\ +\lambda_n = \left(\frac{\pi n}l\right)^2, \\ X_n = \sin\frac{\pi n}lx, \\ T_n = C_{1n}\sin\frac{\pi n}lat + C_{2n}\cos\frac{\pi n}lat \end{cases} @@ -2766,7 +2768,7 @@ u(x, t) = \sum_{n = 1}^{\infty}\sin\frac{\pi n}lx\frac{2l^2}{(\pi n a)^2}(1 - (- \begin{cases} u_{tt} = 4u_{xx}, \\ u(0, t) = t, \\ -u_x\left(\frac{pi}2, x\right) = \pi, \\ +u_x\left(\frac{pi}2, t\right) = \pi, \\ u(x, 0) = 2\sin5x + \pi x, \\ u_t(x, 0) = 1. \end{cases} @@ -2778,7 +2780,7 @@ u_t(x, 0) = 1. \begin{equation} \begin{cases} u(0, t) = t = b(t), -u_x\left(\frac{\pi}2\right, t) = a(t) = \pi +u_x\left(\frac{\pi}2, t\right) = a(t) = \pi \end{cases} \Rightarrow \begin{cases} @@ -2814,11 +2816,13 @@ u(x, t) = \pi x + t + 2\sin5x\cos10t #+END_EXPORT ** Задача 13.11 #+BEGIN_EXPORT latex +\begin{equation} \begin{cases} u_{tt} = u_{xx} + 3u + \sin t\cos2x, 0 < x < \pi, t > 0, \\ u_x(0, t) = u_x(\pi, t) = 0, t > 0, \\ u(x, 0) = u_t(x, 0) = 0, 0 \leq x \leq \pi. \end{cases} +\end{equation} #+END_EXPORT *** Решение #+BEGIN_EXPORT latex diff --git a/MatPhys/matphys_sem1.tex b/MatPhys/matphys_sem1.tex index acb3974..9f4bf2a 100644 --- a/MatPhys/matphys_sem1.tex +++ b/MatPhys/matphys_sem1.tex @@ -1,4 +1,4 @@ -% Created 2019-11-26 Tue 13:26 +% Created 2020-02-18 Tue 21:51 % Intended LaTeX compiler: pdflatex \documentclass[11pt]{article} \usepackage[utf8]{inputenc} @@ -14,6 +14,7 @@ \usepackage{amssymb} \usepackage{capt-of} \usepackage{hyperref} +\usepackage{minted} \usepackage{amsmath} \usepackage{esint} \usepackage[english, russian]{babel} @@ -44,7 +45,7 @@ pdftitle={}, pdfkeywords={}, pdfsubject={}, - pdfcreator={Emacs 26.3 (Org mode 9.1.9)}, + pdfcreator={Emacs 26.3 (Org mode 9.3)}, pdflang={English}} \begin{document} @@ -54,10 +55,10 @@ 6 вопросов, 3 теории, 3 задачи \section{Семинар 1} -\label{sec:orgab62a34} +\label{sec:org6ffb59a} \zall \subsection{Уравнения в частных производных второго порядка} -\label{sec:orga6a2a9c} +\label{sec:org45b3d40} Это уравнения вида \begin{equation} a_{11}(x, y)u_{xx} + 2a_{12}(x, y)u_{xy} + a_{22}u_{yy} + f(x, y, u, u_x, u_y) = 0 @@ -98,7 +99,7 @@ \subsection{Уравнения в частных производных втор \end{cases} \end{equation*} \subsection{Задача 6} -\label{sec:orgbb0e111} +\label{sec:org724a1ba} \begin{equation} u_{xx} + yu_{yy} = 0 \end{equation} @@ -177,7 +178,7 @@ \subsection{Задача 6} v_{\eta\eta} = 0. \end{equation} \subsection{Задача 6.10} -\label{sec:orgc3e7646} +\label{sec:orgeb5c778} \begin{equation} y^2u_{xx} - x^2u_{yy} = 0. \end{equation} @@ -212,7 +213,7 @@ \subsection{Задача 6.10} y = x = 0, u_{yy} = u_{xx} = 0, v_{\beta\beta} - v_{\alpha\alpha} + \frac{v_{\beta}}{2\alpha} + \frac{v_{\alpha}}{2\alpha} = 0 \end{equation} \subsection{Задача 15} -\label{sec:orgcace00a} +\label{sec:orge40d99d} \begin{equation} x^2u_{xx} + 2xyu_{xy} + y^2u_{yy} = 0. \end{equation} @@ -243,7 +244,7 @@ \subsection{Задача 15} v_{\eta\eta} = 0 \end{equation} \subsection{Задача 24} -\label{sec:org0b8c216} +\label{sec:org5219a07} \begin{equation} u_{xx} - 2u_{xy} + u_{yy} + 6u_x - 2u_y + u = 0. \end{equation} @@ -274,10 +275,10 @@ \subsection{Задача 24} Д. з.: 1.11, 1.14, 1.8, 1.19, 1.23 Начало в 12:15 \section{Семинар 2} -\label{sec:org6502ee5} +\label{sec:org907912c} \zall \subsection{Уравнение теплопроводности} -\label{sec:org8928566} +\label{sec:org126a875} \begin{equation} u_t = a^2u_{xx} - b(u - u_{avg}) + f(x, t), 0 < x < C \end{equation} @@ -292,7 +293,7 @@ \subsection{Уравнение теплопроводности} u_x(0, t) = \nu_1(t) \end{equation} \subsection{Задача 2.5} -\label{sec:orgd562733} +\label{sec:org472c9c4} \begin{equation} a^2 = 1, u_t = u_{xx}. \end{equation} @@ -311,7 +312,7 @@ \subsection{Задача 2.5} $$U_{4t}(x, t) = e^{-cx+c^2t}c^2U(x - 2ct, t) + e^{-cx + c^2t}(U_x(x - 2ct, t)(-2c) + U_t(x - 2ct, t))$$ $$U_{4xx}(x, t) = e^{-cx + c^2t}(-c)^2U(x - 2ct, t) + e^{-cx + cx^2}(-c)U_x(x - 2ct, t) + e^{-cx + cx^2}U_{xx}(x - 2ct, t)$$ \subsection{Задача 2.10} -\label{sec:org2dc4705} +\label{sec:org179de33} \begin{equation*} 0 \leq l \leq x, u_1 = \text{const}, u_2 = \text{const} \end{equation*} @@ -325,7 +326,7 @@ \subsection{Задача 2.10} \end{cases} \end{equation} \subsection{Задача 2.11} -\label{sec:org7ce1ce5} +\label{sec:org34761c2} \begin{equation} \begin{cases} u_t = a^2u_{xx} - b(u - u_{out}), \\ @@ -335,7 +336,7 @@ \subsection{Задача 2.11} \end{cases} \end{equation} \subsection{Задача 2.12} -\label{sec:org2228864} +\label{sec:orge2a9e46} \begin{equation} \begin{cases} u_t = a^2u_{xx}, \\ @@ -345,7 +346,7 @@ \subsection{Задача 2.12} \end{cases} \end{equation} \subsection{Задача 2.17(2)} -\label{sec:orgfb72334} +\label{sec:org5a5a4c3} \begin{equation} \begin{cases} u_t = a^2u_{xx}, \\ @@ -395,7 +396,7 @@ \subsection{Задача 2.17(2)} \end{equation} Откуда $a(t) = \frac{\nu_2 - \nu_1}{2C}$. \subsection{Задача 3.1} -\label{sec:org7b8fe63} +\label{sec:org32aed63} Решить задачу \begin{equation} \begin{cases} @@ -443,7 +444,7 @@ \subsection{Задача 3.1} Получили решение: $$u = e^{-9a^2t}\sin3x + 8e^{-25a^2t^2}\sin 5x$$ \subsection{Задача 3.2} -\label{sec:org095f0e9} +\label{sec:org0e33467} \begin{equation} \begin{cases} u_t = \frac14u_{xx} + 1 - x, 0 \leq x \leq 1, t > 0, \\ @@ -476,7 +477,7 @@ \subsection{Задача 3.2} \end{equation} Тогда $u = -tx + t + 3\sin(2\pi x)e^{-\pi^2 t}$. \subsection{Задача 3.3} -\label{sec:org3437b7f} +\label{sec:org375f70a} \begin{equation} \begin{cases} u_t = 4u_{xx} + 2t, x \in (0, \pi), \\ @@ -515,7 +516,7 @@ \subsection{Задача 3.3} Д. з. 2.5, 13, 14, 15, 16, 18, 19, 3.3, 3.4 \section{Семинар 3} -\label{sec:org401ff3a} +\label{sec:orgf2320ca} \zall Собственные значения и собственные функции ЗШЛ с разными краевыми условиями:\\ \begin{equation} @@ -528,7 +529,7 @@ \section{Семинар 3} \end{tabular} \end{equation} \subsection{Задача 3.5} -\label{sec:org1a4a4a6} +\label{sec:orgfc86d40} \begin{equation} \begin{cases} u_t = u_{xx}, 0 < x < 1, t > 0, \\ @@ -581,7 +582,7 @@ \subsection{Задача 3.5} \cos\frac{\pi(2n + 1)}{2l}x \end{equation} \subsection{Задача 3.6} -\label{sec:org55695d9} +\label{sec:org7ff1e53} \begin{equation} \begin{cases} u_t = u_{xx}, 0 < x < l, t > 0, \\ @@ -629,7 +630,7 @@ \subsection{Задача 3.6} \cos\frac{\pi(2n + 1)}{2l}x \end{equation} \subsection{Задача 3.8} -\label{sec:orgbdee778} +\label{sec:org3480e66} \begin{equation} \begin{cases} u_t = a^2u_{xx}, 0 < x < \pi, t > 0, \\ @@ -655,7 +656,7 @@ \subsection{Задача 3.8} \end{equation} Получаем, что $u(x ,t) = e^{-\frac94}a^2t\cos\frac{3x}2$. \subsection{Задача next} -\label{sec:org0325d68} +\label{sec:org5f39224} \begin{equation} \begin{cases} u_t = \frac19u_{xx} + 1, \\ @@ -694,7 +695,7 @@ \subsection{Задача next} u(x, t) = t + 2\exp\left\{-\frac{\pi^2}4t\right\}\sin\frac32\pi x. \end{equation} \subsection{Задача next2} -\label{sec:org2f9dd2f} +\label{sec:org37f2388} \begin{equation} \begin{cases} u_t = u_{xx} - u, \\ @@ -735,7 +736,7 @@ \subsection{Задача next2} u = \sum_{n = 1}^{\infty}\frac2{\pi n}(1 - (-1)^n)\exp\left\{-\left(\left(\frac{\pi n}l\right)^2 1\right)t\right\}\sin\frac{\pi n}lx \end{equation} \subsection{Задача 3.14} -\label{sec:org02a1d19} +\label{sec:orgaed9cba} \begin{equation} \begin{cases} u_t = a^2u_{xx}, 0 < x < l, \\ @@ -771,7 +772,7 @@ \subsection{Задача 3.14} |X_n|^2 = \int_0^l\cos^2\sqrt{\lambda_n}xdx \end{equation} \subsection{Задача 3.15} -\label{sec:orgb2ebff7} +\label{sec:org8a18063} \begin{equation} \begin{cases} u_t = a^2u_{xx}, 0 < x < l, \\ @@ -803,11 +804,11 @@ \subsection{Задача 3.15} Д. з. 3.7, 9, 10, 11, 12 \section{Семинар 4} -\label{sec:org229cf6a} +\label{sec:org64b6587} \zall ДЗ: 4.4, 4.6, 4.7, 4.8, 4.11 \subsection{Задача 4.5} -\label{sec:org671a64b} +\label{sec:org6a872aa} \begin{equation} \begin{cases} u_t = a^2u_{xx} + f_0, 0 < x < l, t > 0, f_0 = \text{const}, \\ @@ -846,7 +847,7 @@ \subsection{Задача 4.5} u(x, t) \sum_{n = 0}^{\infty}\frac{16f_0l^2}{\pi^3(2n + 1)^3a^2}\left(1 - \exp\left\{-\left(\frac{\pi(2n + 1)a}{2l}\right)^2\right\}\right)\sin\frac{\pi(2n + 1)}{2l}x \end{equation} \subsection{Задача 4.9} -\label{sec:org3412862} +\label{sec:org881dd97} \begin{equation} \begin{cases} u_t = u_{xx} + 2, 0 < x < \frac{\pi}2, t > 0, \\ @@ -876,7 +877,7 @@ \subsection{Задача 4.9} u(x, t) = 2t + e^{-25t}\sin5x. \end{equation} \subsection{Задача 4.10} -\label{sec:org21bd68d} +\label{sec:org83453e9} Решить задачу \begin{equation} \begin{cases} @@ -916,7 +917,7 @@ \subsection{Задача 4.10} u = 2t + \left(\frac2{25}e^{-25t} + \frac2{25}\right)\sin5x \end{equation} \subsection{Задача next} -\label{sec:org5e95449} +\label{sec:org520f768} \begin{equation} \begin{cases} u_t = a^2u_{xx}, 0 < x < l, t > 0, \\ @@ -973,7 +974,7 @@ \subsection{Задача next} u(x, t) = -\frac{At}l(x - l) + \sum_{n = 1}^{\infty}-\frac{2Al^2}{\pi^3n^3d^2}\left(1 - \exp\left\{-a^2\ldots\right\}\right)\sin \end{equation} \subsection{Задача next2} -\label{sec:orgf9c6817} +\label{sec:org6ed9d3f} Решить задачу \begin{equation} \begin{cases} @@ -1016,10 +1017,10 @@ \subsection{Задача next2} u(x, t) = t\cos x + \left(\frac18e^{-8t} - \frac18\right)\cos3x. \end{equation} \section{Семинар 5} -\label{sec:orgf4ae919} +\label{sec:org0aff027} \zall \subsection{Задача 4.13} -\label{sec:orgd7ba425} +\label{sec:orgb05d03f} \begin{equation} \begin{cases} u_t = u_{xx} + u, 0 < x < 1, t > 0, \\ @@ -1028,7 +1029,7 @@ \subsection{Задача 4.13} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:org67a4e99} +\label{sec:orgf457b90} Ищем решение в виде $u = U + v$. $U = a(t)x + b(t)$. Подставляя в начальные условия, получим: \begin{equation} a(t) = t, b(t) = 0. @@ -1089,7 +1090,7 @@ \subsubsection{Решение} u(x, t) = tx + e^t\left(\sum_{n = 1}^{\infty}B_n(t)e^{-\pi^2n^2t}\sin\pi nx\right) \end{equation} \subsection{Задача 4.15} -\label{sec:org5c90c6f} +\label{sec:org09f4c69} \begin{equation} \begin{cases} u_t = u_{xx} - u, 0 < x < 1, t > 0 \\ @@ -1098,7 +1099,7 @@ \subsection{Задача 4.15} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:org87aabe5} +\label{sec:org1eae666} Ищем решение в виде $u = U + v$, где $U = a(t)x + b(t)$. Подставляя в краевые условия, найдём: \begin{equation} \begin{cases} @@ -1158,7 +1159,7 @@ \subsubsection{Решение} u(x, t) = tx + e^{-t}\left(\sum_{n = 0}^{\infty}C_n\exp\left\{-\left(1 + \frac{\pi^2(2n + 1)^2}4\right)t\right\}\sin\frac{2n + 1}2x\right) \end{equation} \subsection{Задача 4.17} -\label{sec:orgaede776} +\label{sec:orgf797938} \begin{equation} \begin{cases} u_t = u_{xx} + u + \cos 2x\sin x, 0 < x < \frac{\pi}2, t > 0, \\ @@ -1167,7 +1168,7 @@ \subsection{Задача 4.17} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:org61e65b7} +\label{sec:org8313549} Ищем решение в виде $u = e^tz$. Тогда для $z$ получаем задачу: \begin{equation} \begin{cases} @@ -1213,7 +1214,7 @@ \subsubsection{Решение} u(x, t) = e^t\left(-\frac12 + e^{-t}\right)\sin x + \left(\frac1{16}(e^{8t} - 1)e^{-9t}\sin 3x\right) \end{equation} \subsection{Задача 4.19} -\label{sec:org0f78502} +\label{sec:orgc885168} \begin{equation} \begin{cases} u_t = u_{xx} + x^2 - 2t + \cos 3x, 0 < x < \pi, t > 0, \\ @@ -1222,7 +1223,7 @@ \subsection{Задача 4.19} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:orgb4ae840} +\label{sec:org536fe5a} Решение ищем в виде $u = U + v$, где $U = a(t)x^2 + b(t)x$. Получим, что: \begin{equation} \begin{cases} @@ -1262,7 +1263,7 @@ \subsubsection{Решение} u(x, t) = tx^2 + x + \frac19(1 - e^{-9t})\cos 3x. \end{equation} \subsection{Задача 4.21} -\label{sec:org5e6dfff} +\label{sec:org5f92145} \begin{equation} \begin{cases} u_t = u_{xx} + u - x + 2\sin2x\cos x, 0 < x < \frac{\pi}2, t > 0, \\ @@ -1271,7 +1272,7 @@ \subsection{Задача 4.21} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:org7f10077} +\label{sec:orgf068990} Ищем решение в виде $u = U + v$, $U = a(t)x + b(t)$, получим, что $U = x \Rightarrow u = v + x$. Для $v$ получаем задачу: \begin{equation} @@ -1315,7 +1316,7 @@ \subsubsection{Решение} u(x, t) = x + e^t\left[te^{-t}\sin x + \frac18(e^{8t} + 1)\sin 3x\right] \end{equation} \subsection{Задача 4.24} -\label{sec:org1f77485} +\label{sec:org872ac89} \begin{equation} \begin{cases} u_t = u_{xx} - 2u_x + u + e^x\sin x - t, 0 < x < \pi, t > 0, \\ @@ -1324,7 +1325,7 @@ \subsection{Задача 4.24} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:org5153933} +\label{sec:orgb037197} Решение ищем в виде $u = U + v$, где $U = a(t)x + b(t)$. Тогда \begin{equation} \begin{cases} @@ -1394,11 +1395,11 @@ \subsubsection{Решение} \end{equation} ДЗ: 4.14, 4.16, 4.18, 4.20, 4.22, 4.23 \section{Семинар 6} -\label{sec:org379142d} +\label{sec:org83deb2c} \zall ДЗ: 5.2, 5.3, 5.5, 5.6, 5.7, 5.9, 5.15, 5.19, 5.20 \subsection{Задача 5.4} -\label{sec:org9702cfd} +\label{sec:org2f7f7df} \begin{equation} \begin{cases} u_t = u_{xx} + e^{-t}\cos x, -\infty < x < +\infty, t > 0, \\ @@ -1406,7 +1407,7 @@ \subsection{Задача 5.4} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:orgb9a6a46} +\label{sec:org8402ca7} Ищем решение в виде $u(x, t) = F(t)\cos x$. Подставим в условие: \begin{equation} \begin{cases} @@ -1430,7 +1431,7 @@ \subsubsection{Решение} u(x, t) = (t + 1)e^{-t}\cos x. \end{equation} \subsection{Задача 2} -\label{sec:org6ffc594} +\label{sec:orgddb7675} \begin{equation} \begin{cases} u_t = 4u_{xx}, \\ @@ -1438,13 +1439,13 @@ \subsection{Задача 2} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:org8a31591} +\label{sec:orge09bdcd} Ищем решение в виде $u(x, t) = F(t)\sin 3x$. Подставляя в условие, находим, что $F(t) = 2e^{-36t}$ и что \begin{equation} u(x, t) = 2e^{-36t}\sin 3x. \end{equation} \subsection{Задача 5.8} -\label{sec:org25dc860} +\label{sec:orgffebbe1} \begin{equation} u_t = a^2u_{xx}, u(x, t) - \text{ решение}. @@ -1457,14 +1458,14 @@ \subsection{Задача 5.8} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:orgf296cee} +\label{sec:org1301d6b} Подставим в начальные условия решение в виде, выписанном выше: \begin{equation} u(x, 0) = e^{2x - x^2} = e^{-cx^2}u(x, 0) \Rightarrow c = 1. \end{equation} $\ldots$ \subsection{Задача 5.10} -\label{sec:org97c8887} +\label{sec:org6707290} \begin{equation} \begin{cases} u_t = a^2u_{xx}, -\infty < x < +\infty, t > 0, \\ @@ -1473,7 +1474,7 @@ \subsection{Задача 5.10} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:orgfea74c4} +\label{sec:org952b4c4} Ищем решение в виде \begin{equation} u(x, t) = X(x)T(t). @@ -1513,7 +1514,7 @@ \subsubsection{Решение} \Phi(x) = \frac2{\sqrt{\pi}}\int_0^ze^{-x^2}dx, \Phi(\infty) = 1. \end{equation} \subsection{Задача 5.16} -\label{sec:orga1be98e} +\label{sec:org4ab2aa2} \begin{equation} \begin{cases} u_t = a^2u_{xx}, \\ @@ -1524,7 +1525,7 @@ \subsection{Задача 5.16} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:org118eeb9} +\label{sec:orgcec523f} Решение имеет вид \begin{multline} u(x, t) = \int_{-l}^l\frac1{2\sqrt{\pi a^2t}}e^{-\frac{(x - \xi)^2}{4a^2t}}u_0d\xi = @@ -1534,7 +1535,7 @@ \subsubsection{Решение} = \frac{u_0}2\left(\Phi\left(\frac{l - x}{2a\sqrt{t}}\right) + \Phi\left(\frac{l - x}{2a\sqrt{t}}\right)\right) \end{multline} \subsection{Задача 5.17} -\label{sec:org7aabbad} +\label{sec:org202d509} \begin{equation} \begin{cases} u_0 = u_{xx}, \\ @@ -1545,7 +1546,7 @@ \subsection{Задача 5.17} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:orgc1392aa} +\label{sec:orgb95f54b} Ищем решение в виде \begin{equation} u(x, t) = \int_0^{+\infty}\frac1{2\sqrt{\pi a^2t}}e^{-\frac{(x - \xi)^2}{4a^2t}}e^{-\alpha\xi}d\xi @@ -1561,7 +1562,7 @@ \subsubsection{Решение} \end{equation} Если краевые условия первого рода, продолжаем нечётным образом, иначе чётным. \section{Семинар 7} -\label{sec:orgece9e53} +\label{sec:orgfe2498a} \zall ДЗ: 6.5, 6.13, 6.14, 7.22, 7.25, 7.26, 7.19, 7.20 @@ -1569,18 +1570,18 @@ \section{Семинар 7} Функции, удовлетворяющие уравнению Лапласа, называются \textbf{гармоническими}. \textbf{Задача Дирихле}: \(u|_{\Sigma} = f_1\), \textbf{задача Неймана}: \(\frac{\partial u}{\partial n}|_{\Sigma} = f_2\). \subsection{Задача 6.1} -\label{sec:org4c59041} +\label{sec:orgc501d34} Проверить, являются ли функции гармоническими: -1. u_1 = \frac1{\sqrt{x^2 + y^2 + z^2}}, x^2 + y^2 + z^2 -2. u_2 = e^{xyz} -3. u_3 = \sin x\sin y\sin z -4. u_4 = \sin 3x\sin 4y\sh 5z +1. $u_1 = \frac1{\sqrt{x^2 + y^2 + z^2}}, x^2 + y^2 + z^2$ +2. $u_2 = e^{xyz}$ +3. $u_3 = \sin x\sin y\sin z$ +4. $u_4 = \sin 3x\sin 4y\sh 5z$ \subsubsection{Решение} -\label{sec:orgcae4fca} +\label{sec:orgae66a51} 1. $$\frac{\partial u}{\partial x} = -\frac{x}{(x^2 + y^2 + z^2)^{\frac32}}$$ $$\operatorname{grad}u = -\left\{\frac{x}{(x^2 + y^2 + z^2)^{\frac32}}, \frac{y}{(x^2 + y^2 + z^2)^{\frac32}}, \frac{z}{(x^2 + y^2 + z^2)^{\frac32}}\right\}$$ -$$\Delta u = \operatorname{div}(\operatorname{grad}u) = \frac{2x^2 - y^2 - z^2 + 2y^2 - x^2 - z^2 + 2z^2 - x^2 - y^2}{\frac{x^2 + y^2 + z^2}^{\frac52}} = 0$$ +$$\Delta u = \operatorname{div}(\operatorname{grad}u) = \frac{2x^2 - y^2 - z^2 + 2y^2 - x^2 - z^2 + 2z^2 - x^2 - y^2}{(x^2 + y^2 + z^2)^{\frac52}} = 0$$ $$\frac{\partial^2u}{\partial x^2} = -\frac{(x^2 + y^2 + z^2)^{\frac32}} + x\frac32(x^2 + y^2 + z^2)^{\frac12}\cdot2x = \frac{2x^2 - y^2 - z^2}{(x^2 + y^2 + z^2)^{\frac52}}$$ Гармоническая\\ 2. @@ -1598,14 +1599,14 @@ \subsubsection{Решение} $$\operatorname{div}\operatorname{grad}u = -9\sin 3x\sin 4y\sh 5z - 16\sin 3x\sin 4x\sh 5z + 25\sin 3x\sin 4y\sh 5z = 0$$ Гармоническая \subsection{Задача 6.5} -\label{sec:org3a310ee} +\label{sec:org5401735} Проверить, являются ли функции гармоническими: $$u_1 = \ln\frac1{\sqrt{x^2 + y^2}}, x^2 + y^2 \neq 0$$ $$u_2 = x^2 - y^2 + xy$$ $$u_3 = \frac{x}{x^2 + y^2}$$ $$u_4 = \cos x\sh y - \sin x\sin y$$ \subsubsection{Решение} -\label{sec:org96680ee} +\label{sec:orgd5bab37} 1. $$u_1 = -\frac12\ln(x^2 + y^2)$$ $$\operatorname{grad}u = -\left(\frac{x}{x^2 + y^2}, \frac{y}{x^2 + y^2}\right)$$ @@ -1624,7 +1625,7 @@ \subsubsection{Решение} $$\div\grad u = \ldots = 0$$ Гармоническая\\ \subsection{Задача 6.3} -\label{sec:orgfd98e51} +\label{sec:org7f11748} Рассчитать производную по нормали: \begin{equation} x^2 + y^2 + z^2 = a^2 @@ -1639,11 +1640,11 @@ \subsection{Задача 6.3} u_3 = x^2 + y^2 + z^2 \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:org05728b3} +\label{sec:orgbf752e2} $$\frac{\partial u}{\partial n} = \frac{\partial u}{\partial x}\cos\alpha + \frac{\partial u}{\partial y}\cos\beta + \frac{\partial u}{\partial z}\cos\gamma$$ \subsection{Задача 7.20} -\label{sec:org5cc344c} +\label{sec:org1d2187e} \begin{equation} \begin{cases} \Delta u = 0, 0 < x < a, 0 < y < b, \\ @@ -1654,7 +1655,7 @@ \subsection{Задача 7.20} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:orgb45fd6b} +\label{sec:org856eba4} Разбиваем задачу на две: \begin{equation} \begin{cases} @@ -1714,7 +1715,7 @@ \subsubsection{Решение} \end{dcases} \end{equation} \subsection{Задача next} -\label{sec:org5d48b19} +\label{sec:org31281e0} \begin{equation} \begin{cases} \Delta u = 0, \\ @@ -1725,7 +1726,7 @@ \subsection{Задача next} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:org67668dc} +\label{sec:org25a5dc6} Ищем решение в виде \begin{equation} u(x, y) = X(x)Y(y) @@ -1754,7 +1755,7 @@ \subsubsection{Решение} D_n = \frac1{\sh\frac{\pi n}ba}\frac{2v_0}b\int_0^b\sin\frac{\pi n}bydy = (1 - (-1)^n)\frac{2v_0}{\sin\frac{\pi na}bb} \end{equation} \section{Семинар 8} -\label{sec:orga13f7ef} +\label{sec:org342ff96} ДЗ: 7.7, 7.6, 7.8, 7.9, 7.12, 7.14, 7.15 \zall \begin{equation} @@ -1764,7 +1765,7 @@ \section{Семинар 8} u = \frac1{2\pi}\int_0^{2\pi}\frac{(a^2 - r^2)f(\xi)d\xi}{r^2 + a^2 - 2ra\cos(\varphi - \xi)} \end{equation} \subsection{Задача 7.1} -\label{sec:org1157b49} +\label{sec:org9c274f7} Решить задачу: \begin{equation} \begin{cases} @@ -1773,7 +1774,7 @@ \subsection{Задача 7.1} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:org0d197a2} +\label{sec:orgad864eb} Ищем решение в виде: \begin{equation} u = R(r)\Phi(\varphi) @@ -1820,7 +1821,7 @@ \subsubsection{Решение} + \frac{r}a\frac{e^{-2i(\varphi - \xi)}}{1 - \frac{r}ae^{-i(\varphi - \xi)}}\right)\right] \end{multline} \subsection{Задача 7.3} -\label{sec:orgd5208c9} +\label{sec:org3fcad91} Решить задачу: \begin{equation} \begin{cases} @@ -1830,7 +1831,7 @@ \subsection{Задача 7.3} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:org4873530} +\label{sec:org99bfe6b} Ищем решение в виде: \begin{equation} u = C_0 + \sum_{n = 1}^{\infty}r^{-n}(A_n\sin n\varphi + B_n\cos n\varphi). @@ -1859,14 +1860,16 @@ \subsubsection{Решение} u(r, \varphi) = \frac12 + \left(\frac{a}r\right)^2\frac12\cos2\varphi \end{equation} \subsection{Задача 7.4} -\label{sec:org022472d} +\label{sec:org1ad48a6} +\begin{equation} \begin{cases} \Delta u = 0, r < a, 0 \leq \varphi \leq 2\pi, \\ \frac{\partial u}{\partial r}|_{r = a} = f(\varphi), \int_0^{2\pi}f(\varphi)d\varphi = 0. \end{cases} +\end{equation} Последнее условие является необходимым для наличия решения. \subsubsection{Решение} -\label{sec:orgcd53096} +\label{sec:orgd498c73} Ищем решение в виде \begin{equation} u = \tilde{C_0} + \sum_{n = 0}r^n(A_n\sin n\varphi + B_n\cos n\varphi). @@ -1900,7 +1903,7 @@ \subsubsection{Решение} \frac{\partial u}{\partial r}|_{r = a} = \sum_{n = 1}^{\infty}-na^{-(n + 1)}(A_n\sin n\varphi + B_n\cos n\varphi) = f(\varphi) \end{equation} \subsection{Задача 7.11} -\label{sec:orgeec4ed8} +\label{sec:org42ada45} Решить задачу \begin{equation} \begin{cases} @@ -1910,7 +1913,7 @@ \subsection{Задача 7.11} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:orgb49c3c0} +\label{sec:orgd5d71ec} Решение имеет вид (1). Подставляя в начальные условия, получим: \begin{equation} \begin{dcases} @@ -1925,7 +1928,7 @@ \subsubsection{Решение} \end{dcases} \end{equation} \subsection{Задача 7.13} -\label{sec:org9156a36} +\label{sec:orga023606} \begin{equation} \begin{cases} \Delta u = 0, 0 < r < a, 0 < \varphi < \alpha < 2\pi, \\ @@ -1962,7 +1965,7 @@ \subsection{Задача 7.13} \end{cases} \end{equation} \section{Семинар 9} -\label{sec:org4956198} +\label{sec:orgd177483} \zall ДЗ: 8.6, 8.9, 9.1-9.7(прочитать), 9.12, 9.20, 9.13, 9.10, 9.17 @@ -2005,7 +2008,7 @@ \section{Семинар 9} u(Q) = -\int_{\gamma}f\frac{\partial G}{\partial n_P}d\gamma_P + \iint_DGFdxdy \end{equation} \subsection{Задача 8.5} -\label{sec:org69c7f6d} +\label{sec:org7b454d8} \begin{equation} \begin{cases} \Delta u = 0, x, z \in K, y > 0, \\ @@ -2013,7 +2016,7 @@ \subsection{Задача 8.5} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:org15fe43c} +\label{sec:orgc955bd4} По формуле Грина: \begin{equation} u(Q) = \int_{-\infty}^{+\infty}\int_{-\infty}^{+\infty}f(x, z)\frac{\partial G}{\partial y}dxdz @@ -2030,7 +2033,7 @@ \subsubsection{Решение} = \frac{y_0}{2\pi((x - x_0)^2 + y_0^2 + (z - z_0)^2)^{\frac32}} \end{multline} \subsection{Задача 8.10} -\label{sec:org19bf0c8} +\label{sec:org00915f4} \begin{equation} \begin{cases} \Delta u = 0, x \in K, y > 0, \\ @@ -2038,7 +2041,7 @@ \subsection{Задача 8.10} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:org2f5f091} +\label{sec:org81192b9} По формуле Грина: \begin{equation} u(Q) = \int_{-\infty}^{+\infty}f(x)\frac{\partial G}{\partial y} = \frac{y_0}{\pi}\int_{-\infty}^{+\infty}\frac{f(x)dx}{(x - x_0)^2 + y_0^2} @@ -2052,27 +2055,27 @@ \subsubsection{Решение} \frac{2y_0}{(x - x_0)^2 + y_0^2}\right) = \frac{y_0}{\pi((x - x_0)^2 + y_0^2)} \end{equation} \subsection{Задача 8.11} -\label{sec:orgee7d559} +\label{sec:orga0a434c} \begin{equation} \Omega = \{(x, y) | x > 0, y > 0\} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:orga8cb938} +\label{sec:org5c857c6} Пусть $Q(x_0, y_0)$. Введём точки $Q_1(x_0, -y_0), Q_2(-x_0, y_0), Q_3(-x_0, -y_0)$. Тогда функция Грина имеет вид: \begin{multline} -G = \frac1{2\pi}\left(\ln\frac1{\sqrt{(x - x_0)^2 + (y - y_0)^2}} - +G = \frac1{2\pi}(\ln\frac1{\sqrt{(x - x_0)^2 + (y - y_0)^2}} - \ln\frac1{\sqrt{(x - x_0)^2 + (y + y_0)^2}} - \\ - \ln\frac1{\sqrt{(x + x_0)^2 + (y - y_0)^2}} + -\ln\frac1{\sqrt{(x + x_0)^2 + (y + y_0)^2}}\right) +\ln\frac1{\sqrt{(x + x_0)^2 + (y + y_0)^2}}) \end{multline} \subsection{Задача 8.13} -\label{sec:org2c9f827} +\label{sec:orgf56a753} \begin{equation} \Omega = \{(x, y) | \rho((x, y), O) < R\} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:org51de257} +\label{sec:org0a7ffc3} Рассматриваются точки, симметричные относительно окружности \begin{equation} G = \frac1{2\pi}\left(\ln\frac1{R_{PQ}} - \ln\frac1{R_{PQ'}R}\right)(?) @@ -2082,7 +2085,7 @@ \subsubsection{Решение} u(M_0) = \frac1{2\pi a}\int_{C_A}udl \end{equation} \subsection{Задача 9.4} -\label{sec:orgb2e5d74} +\label{sec:org6adc335} \begin{equation} \begin{cases} \Delta u = 0, y > 0, x \in \mathbb{R}, \\ @@ -2090,7 +2093,7 @@ \subsection{Задача 9.4} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:org077cab5} +\label{sec:orgdbde662} Конформно отобразим эту область на единичный круг, получим задачу: \begin{equation} \begin{cases} @@ -2129,7 +2132,7 @@ \subsubsection{Решение} G = \frac1{2\pi}\ln\frac1{|w(z, z_0)|} = \frac1{2\pi}\ln\frac{|z - \overline{z_0}|}{|z - z_0|} \end{equation} \section{Семинар 10} -\label{sec:org33f42b8} +\label{sec:orgf6fe3ee} \zall ДЗ: 12.5, 12.7 \begin{equation} @@ -2168,7 +2171,7 @@ \section{Семинар 10} \end{cases} \end{equation} \subsection{Гиперболические уравнения} -\label{sec:orgf9d6eb0} +\label{sec:org0c94baf} \textbf{Формула д'Аламбера}: Задача: \begin{equation} @@ -2205,7 +2208,7 @@ \subsection{Гиперболические уравнения} u_x(0, t) + u(0, T - t_1) = 0. \end{equation} \subsection{Задача 12.1} -\label{sec:org8802ec7} +\label{sec:org7c12b35} \begin{equation} \begin{cases} u_{tt} = a^2u_{xx}, -\infty < x < +\infty, t > 0, a > 0, \\ @@ -2214,7 +2217,7 @@ \subsection{Задача 12.1} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:orge0932f4} +\label{sec:org8acaf2c} Приведём к канонической форме:\\ Характеристическое уравнение: \begin{equation} @@ -2241,7 +2244,7 @@ \subsubsection{Решение} \end{equation} или, интегрируя второе уравнение от $x_0$ до $x$: \begin{equation} --a\int_{x_0}^xf_1'(\xi)d\xi + a\int_{x_0}^xf_2'(\xi)d\xi = \int_{x_0}^x\psi(\xi)\d\xi +-a\int_{x_0}^xf_1'(\xi)d\xi + a\int_{x_0}^xf_2'(\xi)d\xi = \int_{x_0}^x\psi(\xi)d\xi \Rightarrow f_2(x) - f_1(x) = \frac1a\int_{x_0}^x\psi(\xi)d\xi \end{equation} @@ -2257,10 +2260,10 @@ \subsubsection{Решение} u(x, t) = \frac12(\varphi(x - at) + \varphi(x + at)) + \frac1{2a}\int_{x - at}^{x + at}\psi(\xi)d\xi \text{- формула д'Аламбера.} \end{equation} \subsection{Задача 12.2} -\label{sec:org0d808d0} +\label{sec:orgac0a4f3} Геометрический смысл формулы д'Аламбера? \subsubsection{Решение} -\label{sec:org212f650} +\label{sec:org28320b6} Зафиксируем точку $M(x_0, y_0)$. Тогда: \begin{equation} u(M) = \frac12(\varphi(P) + \varphi(Q)) + \frac1{2a}\int_P^Q\varphi(\xi)d\xi @@ -2280,7 +2283,7 @@ \subsubsection{Решение} Область 4: $$u(x_1, t_1) = \frac1{2a}\int_{x_1 - at_1}^{x_1 + at_1}\varphi(\xi)d\xi$$ \subsection{Задача 12.3} -\label{sec:org2d69d4d} +\label{sec:org8f268ec} \begin{equation} \begin{cases} u(x, 0) = \begin{cases} @@ -2291,7 +2294,7 @@ \subsection{Задача 12.3} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:orgb98ee8c} +\label{sec:org929bb77} \begin{equation} t = t_i = \frac{c\cdot i}{4a}, i = \overline{0, 5} \end{equation} @@ -2300,10 +2303,10 @@ \subsubsection{Решение} \end{equation} \begin{enumerate} \item {\bfseries\sffamily TODO} перенести картинки из тетради -\label{sec:org7ab3bb3} +\label{sec:org590d8f5} \end{enumerate} \subsection{Задача 12.4} -\label{sec:orgcd54d9d} +\label{sec:orgfddb382} \begin{equation} \begin{cases} u(x, 0) = 0, \\ @@ -2314,7 +2317,7 @@ \subsection{Задача 12.4} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:org731ce4c} +\label{sec:orgeba8528} По формуле д'Аламбера: \begin{equation} u(x, t) = \Psi(x + at) - \Psi(x - at), \text{ где } \Psi(z) = \frac1{2a}\int_{x_0}^z\varphi(\xi)d\xi = @@ -2326,16 +2329,16 @@ \subsubsection{Решение} \end{equation} \begin{enumerate} \item {\bfseries\sffamily TODO} Перенести картинки -\label{sec:org46fd75d} +\label{sec:orgfe17d4d} \end{enumerate} \subsection{Задача 12.6} -\label{sec:orga18aee6} +\label{sec:org54788f1} Найти решение для задачи из условия 12.4. \subsubsection{Решение} -\label{sec:org6c86aef} +\label{sec:orgd6c7a9b} \begin{enumerate} \item {\bfseries\sffamily TODO} Перенести рисунок -\label{sec:orgaeaaea7} +\label{sec:org6357d77} Найдём решение в каждой области: Область 1: @@ -2364,7 +2367,7 @@ \subsubsection{Решение} \end{equation} \end{enumerate} \subsection{Задача next} -\label{sec:orge7a2876} +\label{sec:org236a3c2} \begin{equation} \begin{cases} u_{tt} = u_{xx}, \\ @@ -2377,10 +2380,10 @@ \subsection{Задача next} \end{equation} Найти $u\left(\frac{\pi}4, t\right)$. \subsubsection{Решение} -\label{sec:orgfba462d} +\label{sec:org1a7d3f9} \begin{enumerate} \item {\bfseries\sffamily TODO} Перенести картинку -\label{sec:org2af1fb4} +\label{sec:org6d6dfe1} Найдём решение в каждой области:\\ Область 1: \begin{equation} @@ -2397,7 +2400,7 @@ \subsubsection{Решение} \end{equation} \end{enumerate} \subsection{Задача next2} -\label{sec:orga77409e} +\label{sec:org849b4f5} Решить задачу \begin{equation} \begin{cases} @@ -2407,7 +2410,7 @@ \subsection{Задача next2} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:orga518ccd} +\label{sec:orgfcf5478} По формуле д'Аламбера: \begin{equation} u(x, t) = \frac12((x - t)^2 + (x + t)^2) + \frac12\int_{x - t}^{x + t}4\xi d\xi + @@ -2415,10 +2418,10 @@ \subsubsection{Решение} x^2 + t^2 + 4xt + 3\int_0^t2(t - \tau)d\tau = x^2 + t^2 + 4xt + 3t^2 = x^2 + 4xt + 4t^2 \end{equation} \section{Семинар 12} -\label{sec:org89a084c} +\label{sec:org0683274} \zall \subsection{Метод разделения переменных для гиперболических уравнений.} -\label{sec:org08b8250} +\label{sec:orgf7c03b3} \begin{equation} \begin{cases} u_{tt} = a^2u_{xx}, 0 < x < l, t > 0\\ @@ -2428,7 +2431,7 @@ \subsection{Метод разделения переменных для гипе \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:org3e004f3} +\label{sec:orgd58cdf0} Ищем решение уравнения в виде \begin{equation} u(x, t) = X(x)T(t) @@ -2514,7 +2517,7 @@ \subsubsection{Решение} \end{cases} \end{equation} \subsection{Задача 13.1} -\label{sec:org589ea23} +\label{sec:orgfbfab29} \begin{equation} \begin{cases} u_{tt} = a^2u_{xx}, \\ @@ -2524,11 +2527,11 @@ \subsection{Задача 13.1} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:orgecce0e6} +\label{sec:org9ff848d} Собственные значения и собственнные функции ЗШЛ: \begin{equation} \begin{cases} -\lambda_n = \left(\frac{\pi n}l)^2, \\ +\lambda_n = \left(\frac{\pi n}l\right)^2, \\ X_n = \sin\frac{\pi n}lx, \\ T_n = C_{1n}\sin\frac{\pi n}lat + C_{2n}\cos\frac{\pi n}lat \end{cases} @@ -2550,7 +2553,7 @@ \subsubsection{Решение} u(x, t) = \sin\frac{\pi x}l\cos\frac{\pi a}lt \end{equation} \subsection{Задача 13.2} -\label{sec:org4f6f02d} +\label{sec:org126e556} \begin{equation} \begin{cases} u_{tt} = a^2u_{xx}, \\ @@ -2560,7 +2563,7 @@ \subsection{Задача 13.2} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:org4e34c70} +\label{sec:org8698c6c} Собственные значения и собственные функции ЗШЛ: \begin{equation} \begin{cases} @@ -2586,7 +2589,7 @@ \subsubsection{Решение} u(x, t) = \sin\frac{3x}2\cos\frac32bt + \sin\frac{5x}2\cos\frac52bt + \frac27\sin\frac{7x}2\sin\frac72at \end{equation} \subsection{Задача 13.4} -\label{sec:orgc43e906} +\label{sec:org6749e12} \begin{equation} \begin{cases} u_{tt} = 4u_{xx}, \\ @@ -2597,7 +2600,7 @@ \subsection{Задача 13.4} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:org93c5539} +\label{sec:orgd7d52bc} Собственные значения и собственные функции ЗШЛ: \begin{equation} \begin{cases} @@ -2623,7 +2626,7 @@ \subsubsection{Решение} u(x, t) = \sum_{n = 0}^{\infty}\cos\frac{\pi(2n + 1)}2\cos\pi(2n + 1)t\frac8{(pi(2n + 1))^2}(1 - (-1)^n) \end{equation} \subsection{Задача 13.7} -\label{sec:org956db55} +\label{sec:orgc5664bf} \begin{equation} \begin{cases} u_{tt} = a^2u_{xx} + f_0, f_0 = const, \\ @@ -2632,7 +2635,7 @@ \subsection{Задача 13.7} \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:org8544d6a} +\label{sec:org74fdd42} Ищем решение в виде ряда по собственным функциям ЗШЛ: \begin{equation} u(x, t) = \sum_{n = 1}^{\infty}u_n(t)\sin\frac{\pi n}lx @@ -2670,23 +2673,23 @@ \subsubsection{Решение} u(x, t) = \sum_{n = 1}^{\infty}\sin\frac{\pi n}lx\frac{2l^2}{(\pi n a)^2}(1 - (-1)^n)\left(-\cos\frac{\pi n}lat + 1\right) \end{equation} \subsection{Задача 13.8} -\label{sec:org1eb5e05} +\label{sec:org762e92d} \begin{equation} \begin{cases} u_{tt} = 4u_{xx}, \\ u(0, t) = t, \\ -u_x\left(\frac{pi}2, x\right) = \pi, \\ +u_x\left(\frac{pi}2, t\right) = \pi, \\ u(x, 0) = 2\sin5x + \pi x, \\ u_t(x, 0) = 1. \end{cases} \end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:orgca490a3} +\label{sec:org121bafa} Ищем решение в виде $u = U + v$, где $U(x, t) = a(t)x + b(t)$. Тогда: \begin{equation} \begin{cases} u(0, t) = t = b(t), -u_x\left(\frac{\pi}2\right, t) = a(t) = \pi +u_x\left(\frac{\pi}2, t\right) = a(t) = \pi \end{cases} \Rightarrow \begin{cases} @@ -2720,14 +2723,16 @@ \subsubsection{Решение} u(x, t) = \pi x + t + 2\sin5x\cos10t \end{equation} \subsection{Задача 13.11} -\label{sec:org8708cc8} +\label{sec:orgf495708} +\begin{equation} \begin{cases} u_{tt} = u_{xx} + 3u + \sin t\cos2x, 0 < x < \pi, t > 0, \\ u_x(0, t) = u_x(\pi, t) = 0, t > 0, \\ u(x, 0) = u_t(x, 0) = 0, 0 \leq x \leq \pi. \end{cases} +\end{equation} \subsubsection{Решение} -\label{sec:orgef2b7f2} +\label{sec:orgb1a6d76} Собственные значения и собственные функции ЗШЛ: \begin{equation} \begin{cases}