5 votos

Cómo resolver junto el orden 1er linear PDE

Es bastante recta hacia adelante para resolver lineal de 1er orden ecuaciones en derivadas parciales por el método de las características. Por ejemplo, si

$\partial_tf+a\partial_xf=bf$ ,

tenemos que $\dfrac{df}{dt}=bf$ en la curva característica de $\dfrac{dx}{dt}=a$ . De esto podemos deducir que $f(t,x)=g(C)e^{bt}$ donde $x=at+C$ .

Ahora, ¿cómo funciona esto cuando $f$ es multidimensional. Puedo resolver ecuaciones de la forma siguiente por características, o por cualquier otro medio?

$\partial_tf_i(t,x)+\sum_jA_{ij}\partial_xf_j(t,x)=\sum_jB_{ij}f_j(t,x)$

donde los componentes de $A$ $B$ podría ser dependiente de $x$$t$.

En particular, estoy tratando de resolver el siguiente,

$\begin{cases}\partial_tf+\dfrac{c}{t}\partial_xg=-\left(a+\dfrac{1}{t}\right)f\\\partial_tg+\dfrac{c}{t}\partial_xf=-\left(b+\dfrac{1}{t}\right)g\end{cases}$

donde $f$ $g$ son funciones de la $x$$t$ , donde $t>t_0>0$ , $c\neq0$ . Cualquier ayuda es muy apreciada.

Edit: no importa la específica de la ecuación. Es estructurados a ser el resultado de una errónea de derivación. Pero todavía me pregunto si hay algún procedimiento para resolver la ecuación general de arriba.

1voto

doraemonpaul Puntos 8603

$\begin{cases}\partial_tf+\dfrac{c}{t}\partial_xg=-\left(a+\dfrac{1}{t}\right)f~......(1)\\\partial_tg+\dfrac{c}{t}\partial_xf=-\left(b+\dfrac{1}{t}\right)g~......(2)\end{cases}$ , $c\neq0$

De $(1)$,

$\partial_tf+\dfrac{c}{t}\partial_xg=-\left(a+\dfrac{1}{t}\right)f$

$\dfrac{c}{t}\partial_xg=-\partial_tf-\left(a+\dfrac{1}{t}\right)f$

$\partial_xg=-\dfrac{t}{c}\partial_tf-\left(\dfrac{at}{c}+\dfrac{1}{c}\right)f~......(3)$

$\partial_{xt}g=-\dfrac{t}{c}\partial_{tt}f-\dfrac{1}{c}\partial_tf-\left(\dfrac{at}{c}+\dfrac{1}{c}\right)\partial_tf-\dfrac{a}{c}f$

$\partial_{xt}g=-\dfrac{t}{c}\partial_{tt}f-\left(\dfrac{at}{c}+\dfrac{2}{c}\right)\partial_tf-\dfrac{a}{c}f~......(4)$

De $(2)$,

$\partial_tg+\dfrac{c}{t}\partial_xf=-\left(b+\dfrac{1}{t}\right)g$

$\partial_{xt}g+\dfrac{c}{t}\partial_{xx}f=-\left(b+\dfrac{1}{t}\right)\partial_xg~......(5)$

Poner $(3)$ y $(4)$ $(5)$,

$-\dfrac{t}{c}\partial_{tt}f-\left(\dfrac{at}{c}+\dfrac{2}{c}\right)\partial_tf-\dfrac{a}{c}f+\dfrac{c}{t}\partial_{xx}f=-\left(b+\dfrac{1}{t}\right)\left(-\dfrac{t}{c}\partial_tf-\left(\dfrac{at}{c}+\dfrac{1}{c}\right)f\right)$

$-\dfrac{t}{c}\partial_{tt}f-\left(\dfrac{at}{c}+\dfrac{2}{c}\right)\partial_tf-\dfrac{a}{c}f+\dfrac{c}{t}\partial_{xx}f=\left(\dfrac{bt}{c}+\dfrac{1}{c}\right)\partial_tf+\left(\dfrac{abt}{c}+\dfrac{a+b}{c}+\dfrac{1}{ct}\right)f$

$\dfrac{c}{t}\partial_{xx}f=\dfrac{t}{c}\partial_{tt}f+\biggl(\dfrac{(a+b)t}{c}+\dfrac{3}{c}\biggr)\partial_tf+\left(\dfrac{abt}{c}+\dfrac{2a+b}{c}+\dfrac{1}{ct}\right)f$

$\partial_{xx}f=\dfrac{t^2}{c^2}\partial_{tt}f+\dfrac{(a+b)t^2+3t}{c^2}\partial_tf+\dfrac{abt^2+(2a+b)t+1}{c^2}f$

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X