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Explícito de viaje de la onda de solución para la ecuación de difusión

Encontrar fórmulas explícitas para$v$$\sigma$, de modo que $u(x,t)=v(x-\sigma t)$ es una onda solución de la ecuación de difusión no lineal

$$u_t-u_{xx}=f(u)$$

donde

$$f(z)=-2z^3+3z^2-z$$

y se supone que $\lim_{s\to+\infty}v(s)=1$, $\lim_{s\to-\infty}v(s)=0$ y $\lim_{s\to\pm\infty}v'(s)=0$.

Aquí es lo que tengo hasta el momento:

tenemos $u_t=-\sigma v'(x-\sigma t)$$u_{xx}=v''(x-\sigma t)$, por lo que volver a escribir la ecuación tenemos

$$v''+\sigma v'+f(v)=0$$

Esto significa

$$v''v'+\sigma(v')^2+v'f(v)=0$$

Por lo tanto

$$\sigma(v')^2=-v''v'-v'f(v)$$

La integración de ambos lados tenemos

$$\sigma\int_{-\infty}^{\infty}(v'(s))^2ds=-\int_{-\infty}^{\infty}v''(s)v'(s)ds-\int_{-\infty}^{\infty}v'(s)f(v(s))ds.$$

Mediante el uso de los supuestos $\lim_{s\to+\infty}v(s)=1$, $\lim_{s\to-\infty}v(s)=0$ y utilizar el cambio de variable $y=v(s)$ hemos

$$\int_{-\infty}^{\infty}v'(s)f(v(s))ds=\int_0^1f(y)dy=0$$

De $\lim_{s\to\pm\infty}v'(s)=0$ hemos

$$\int_{-\infty}^{\infty}v''(s)v'(s)ds=0$$

Así

$$\sigma\int_{-\infty}^{\infty}(v'(s))^2ds=0$$

En este punto no puedo proceder. Cualquier sugerencias son bienvenidas. Gracias.

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Matthew Scouten Puntos 2518

Considere la ecuación diferencial

$$ v'' + \sigma v' + f(v) = 0$$ como un sistema de

$$ \eqalign{v' &= p\cr p' &= -f(v) - \sigma p\cr}$$ y considerar la fase de retrato, ya que depende de $\sigma$. Los equilibrios en $(v=0,p=0)$ $(v=1,p=0)$ son tanto de sillas de montar. Para $\sigma = 0$ el sistema es invariante bajo la reflexión acerca de la $v=1/2$, y hay heteroclinic órbitas de unirse a los dos equilibrios. Para $\sigma \ne 0$ a mí me parece que no hay heteroclinic órbitas unión de estos dos. En su lugar, para $\sigma > 0$ las trayectorias saliendo de $(0,0)$ va hacia arriba y a la derecha, y de $(1,0)$ va hacia abajo y a la izquierda, son atraídos a la otra equilibrio $(1/2,0)$. Que el equilibrio es una espiral de $0 < \sigma < \sqrt{2}$ y una atracción de nodo para $\sigma > \sqrt{2}$. Así que vas a viajar-onda soluciones para $\sigma > 0$ que vaya a $0$ o $1$$-\infty$$1/2$$+\infty$. Por ejemplo, con $\sigma = 3/2$ hay una forma cerrada de la solución

$$ v(x) = \dfrac{1}{4} \tanh(x/4)+\dfrac{1}{4} $$

2voto

Roman Frolov Puntos 6

Sugerencia: usted no desea que esta integral es igual a cero, porque eso significa que v(s) es constante en casi todas partes. Por lo tanto, σ = 0.

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