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Una lineal, pero intratable PDE

Tengo un PDE de la siguiente forma, a partir de un problema de física: $$ y \left(\alpha \frac{\partial }{\partial y}+x \frac{\partial^2 }{\partial x \partial y} \right)f(x,y) = \left( z_1 + z_2 x^\alpha y^{-2} \right) f(x,y) $$

La función $f(x,y)$ es un espacio real con un valor real de la función y $z_{1,2},\alpha$ son números reales, generalmente irracional. El último, específicamente el $z_2$ coeficiente plazo, parece que todos los libros de texto de los métodos (características, Froebnius, la transformada de Fourier) no. ¿Alguno sabe el tiempo de un método que existe para resolver esto? Disculpas si esto es una simple pregunta, pero, bueno, yo soy un físico teórico y no es sencillo para mí.

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ILIV Puntos 421

Sugerencia : una manera a la reducción de la forma de la PDE $$ y \left(\alpha \frac{\partial }{\partial y}+x \frac{\partial^2 }{\partial x \partial y} \right)f(x,y) = \left( z_1 + z_2 x^\alpha y^{-2} \right) f(x,y)$$

$ \begin{cases} y=e^Y \\ x=e^{\frac{X}{\alpha}} \\ f(x,y)=g(X,Y) \\ \end{casos}$ $\quad $ $ \begin{cases} dy=ydY \\ dx=\frac{1}{\alpha}xdX \end{casos}$ $\quad $ $\alpha \frac{\partial g}{\partial Y}+\alpha \frac{\partial^2 g}{\partial X \partial Y}=\left( z_1+z_2e^{X-2Y}\right) g$

$ \begin{cases} z_1=\alpha c_1 \\ z_2=\alpha c_2 \end{casos}$ $\quad \quad\quad $ $\frac{\partial g}{\partial Y}+\frac{\partial^2 g}{\partial X \partial Y}= \left( c_1+c_2e^{X-2Y}\right)g$

Este es un tipo de hiperbólico de la PDE en el formulario : $$\frac{\partial^2 g}{\partial X \partial Y}+\frac{\partial g}{\partial Y}+ F(X,Y)g(X,Y)=0$$ donde $F(X,Y)=\left( c_1+c_2e^{X-2Y}\right)$

El salto que podría ayudar a...

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StormPooper Puntos 182

El seguimiento de JJacquelin la respuesta y no garantiza que no se cometan errores están hechas.

Tenemos \begin{equation*} \partial _{Y}(1+\partial _{X})g+(c_{1}+c_{2}e^{X-2Y})g \end{ecuación*}

Si pones $u=X-2Y$ \, a continuación, \begin{equation*} \partial _{Y}(1+\partial _{u})g+(c_{1}+c_{2}e^{u})g=0 \end{ecuación*} Ahora vamos a $h=e^{u}g$ \begin{equation*} (1+\partial _{u})e^{-u}h=e^{-u}\partial _{u}h \end{ecuación*} \begin{equation*} \partial _{Y}\partial _{u}h=-(c_{1}+c_{2}e^{u})h \end{ecuación*} Luego poner $h=m(Y)n(u)$. Entonces \begin{eqnarray*} \partial _{Y}\ln m(Y)\partial _{u}\ln n(u) &=&-(c_{1}+c_{2}e^{u}) \\ \partial _{Y}\ln m(Y) &=&-\frac{(c_{1}+c_{2}e^{u})}{\partial _{u}\ln n(u)}=M \end{eqnarray*} \begin{eqnarray*} m(Y) &=&\exp [MY] \\ \partial _{u}\ln n(u) &=&-M^{-1}(c_{1}+c_{2}e^{u}) \\ n(u) &=&\exp [-M^{-1}(c_{1}u+c_{2}e^{u})] \end{eqnarray*} \begin{eqnarray*} g &=&e^{-u}\exp [MY]\exp [-M^{-1}(c_{1}u+c_{2}e^{u})] \\ u &=&X-2Y \end{eqnarray*} Edit: hubo algunos errores. A continuación un nuevo intento.

Con \begin{equation*} h(X,Y)=e^{X}g(X,Y) \end{ecuación*} tenemos \begin{equation*} \partial _{Y}\partial _{X}h(X,Y)=(c_{1}+c_{2}e^{X-2Y})h(X,Y) \end{ecuación*} Nuevas variables \begin{equation*} U=X-2Y,\;V=X+2Y \end{ecuación*}

A continuación, ($\left. {}\right\vert _{W}$ es la derivada parcial con $W$ mantiene constante) \begin{eqnarray*} \left. \partial _{X}\right\vert _{Y} &=&\left. \partial _{U}\right\vert _{V}+\left. \partial _{V}\right\vert _{U},\;\left. \partial _{Y}\right\vert _{X}=-2\{\left. \partial _{U}\right\vert _{V}-\left. \partial _{V}\right\vert _{U}\} \\ (\left. \partial _{X}\right\vert _{Y})\left. \partial _{Y}\right\vert _{X} &=&2\{\left. \partial _{V}\right\vert _{U}^{2}-\left. \partial _{U}\right\vert _{V}^{2}\} \end{eqnarray*}

Con \begin{equation*} h(X,Y)=k(U,V) \end{ecuación*} entonces tenemos \begin{equation*} 2\{\left. \partial _{V}\right\vert _{U}^{2}-\left. \partial _{U}\right\vert _{V}^{2}\}k(U,V)=(c_{1}+c_{2}e^{U})k(U,V) \end{ecuación*} Ahora intenta \begin{equation*} k(U,V)=m(U)n(V) \end{ecuación*} Entonces, la omisión de los subíndices en los derivados, \begin{eqnarray*} m(U)\partial _{V}^{2}n(V)-\partial _{U}^{2}m(U)n(V) &=&\frac{1}{2}% (c_{1}+c_{2}e^{U})m(U)n(V) \\ \frac{\partial _{V}^{2}n(V)}{n(V)}-\frac{\partial _{U}^{2}m(U)}{m(U)} &=& \frac{1}{2}(c_{1}+c_{2}e^{U}) \\ \frac{\partial _{V}^{2}n(V)}{n(V)} &=&\frac{\partial _{U}^{2}m(U)}{m(U)}+ \frac{1}{2}(c_{1}+c_{2}e^{U})=M \end{eqnarray*} donde $M$ es una separación constante. Por lo tanto \begin{eqnarray*} \partial _{V}^{2}n(V) &=&Mn(V) \\ \partial _{U}^{2}m(U) &=&\{M-\frac{1}{2}(c_{1}+c_{2}e^{U})\}m(U) \end{eqnarray*}

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