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¿Cómo calcular la solución de entropía de la Ecuación de Burgers?

La ecuación de Burgers se lee como $u_t + (\frac{u^2}{2})_x = 0 \quad (t>0,x\in R)$. Últimamente estoy estudiando la ley de conservación hiperbólica. Mi pregunta es ¿cómo puedo calcular la solución de entropía única con los datos iniciales dados? Típicamente, ¿cómo puedo obtener la solución cuando los datos iniciales son dados por:

  1. $$ u_0(x) = \begin{cases} 0 , |x|\geq 1\\ 1,|x| <1\end{cases}$$
  2. $$ u_0(x) = \sin(x)+2$$

Si no podemos obtener la fórmula cerrada, ¿cómo puedo obtener la solución de entropía precisa numéricamente? Sé que existen algunos esquemas de diferencia finita, pero la solución podría tener disipación u oscilación, lo cual no es muy precisa en mi opinión.

¿Existen métodos generales para calcular la solución de entropía con los datos iniciales dados?

Agregar: Gracias por el comentario. Creo que la Condición R-H puede ayudarme a capturar el comportamiento cuando mi solución tiene una discontinuidad. Pero no sé qué hacer en el caso continuo donde las características se cruzan.

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Harry49 Puntos 312

La solución de entropía es la misma que la solución clásica (obtenida con el método de características) siempre y cuando esta última se mantenga suave. De lo contrario, necesitamos asegurar la admisibilidad de las discontinuidades utilizando la condición de entropía apropiada.

Para 1., ya tenemos datos iniciales discontinuos. Más precisamente, los datos son constantes por tramos, por lo que necesitamos resolver problemas de Riemann. Hay soluciones analíticas para este problema (ver los muchos ejemplos similares en este sitio).

Para 2., los datos iniciales son continuos. Por lo tanto, podemos usar la solución implícita $u = u_0(x-ut)$ deducida de las características hasta el tiempo de ruptura. Sin embargo, no hay una solución en forma cerrada conocida (ver los muchos ejemplos similares en este sitio). Luego, la solución se vuelve discontinua y se emplean métodos similares al caso 1.

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