۶-۲-۱: تعریف
اگر هر جمله معادله دیفرانسیل جزئی شامل متغیر وابسته یا یکی از مشتقهای آن باشد آنگاه آن معادله همگن است در غیر اینصورت ناهمگن محسوب می شود.
۱-۲-۷ : مثال
معادلات زیر را در نظر بگیرید.
معادله لاپلاس
معادله پواسن[۳] معادله لاپلاس یک معادله دیفرانسیلجزئی خطی همگن و معادله پواسن، درصورتیکه ، یک معادله دیفرانسیل جزئی غیرهمگن است.
-۲-۱ ۸ :تعریف
جواب یک معادله دیفرانسیل جزئی با متغیرهای مستقل در ناحیه ، تابعی است که در این ناحیه تمامی مشتقات جزئیاش در معادله وجود داشته باشد و در معادله صدق کند.
۳-۱ : شرایط اولیه و مرزی برای معادلات دیفرانسیل جزئی
برای بهدست آوردن جواب هر معادله دیفرانسیل جزئی، باید شرایطی در دست باشد که به ما در پیدا کردن جواب معادله کمک کند. معمولاً این شرایط در قسمتی از ناحیهای که ما جواب را در آن جستجو میکنیم بیان خواهد شد. واضح است که شرایط مرزی، تابع مجهول یا مشتق های آن در نواحی مرزی تعیین شده را توصیف می کند و شرایط اولیه تابع مجهول را در زمان آغازی معین می کند.
۱-۳-۱: مثال
معادله زیر را درنظر بگیرید.
۰≤ x≤۱,
شرایط اولیه این معادله به صورت زیر است
و شرایط مرزی عبارت است از
۴-۱: معادلات دیفرانسیل جزئی مرتبه دوم با دو متغیر مستقل
یک معادله دیفرانسیل جزئی مرتبه دوم، معادلهای است که در آن مشتقات تابع مجهول از مرتبه اول و دوم هستند و بالاترین مشتق موجود در آن از مرتبه دوم است. بهعبارت دیگر بهشکل زیر است
این معادلات کاربردهای زیادی در مسائل مکانیک سیالات و مکانیک جامدات، انتشار موج، و هدایت گرما در جامدات و غیره دارند.
به همین جهت حل آنها بسیار اهمیت دارد و روشهای تحلیلی زیادی برای حل آنها پیشنهاد شده است.
۱-۴-۱: دسته بندی معادلات دیفرانسیل جزئی مرتبه دوم با دو متغیر مستقل
این معادلات در حالت کلی به شکل زیر هستند
که در آن و مقادیر ثابت، یا توابعی از متغیرهای مستقل و یا بر حسب هستند [۲,۱].
فرض کنید
معادله (۶-۱) بهشکل زیر نوشته می شود
برای ادامه کار دو تعریف ارائه می شود.
۲-۴-۱ : تعریف
منحنی مشخصه یک معادله دیفرانسیل، منحنیهایی هستند که روی آنها بالاترین مرتبه مشتق به طور یکتا معین نیستند. چون معادله از مرتبه دوم است لذا بالاترین مرتبه مشتق دوم مدنظر است که آنها را نامگذاری کردیم.
۳-۴-۱ : تعریف
معادله دیفرانسیل مشخصه معادلهای است که منحنی مشخصه جوابهای آن هستند.
دیفرانسیلهای عبارت اند از
حال سه معادله را به صورت یک دستگاه مینویسیم
مجهولند. لذا برای اینکه این دستگاه جواب یکتا داشته باشد دترمینان ماتریس ضرایب باید مخالف صفر باشد.
طبق تعریف منحنیهای مشخصه، منحنیهایی هستند که در آنها این دستگاه جواب ندارد، یعنیD .
=۰٫
طرفین را بر تقسیم میکنیم
این معادله، معادله مشخصه است. ریشه های معادله مشخصه شیبهای منحنی مشخصه هستند.
لذا معادله
یک معادله درجه دوم بر حسب است. با تشکیل سه حالت برای آن در نظر گرفته می شود.
-
- اگر ، معادله دارای دو ریشه حقیقی و متمایز است. لذا دو منحنی مشخصه متمایز داریم. دراین حالت به معادله، معادله هذلولوی گویند.
-
- اگر ، معادله دارای یک ریشه حقیقی و مضاعف است. پس یک منحنی مشخصه حقیقی داریم و به آن معادله سهموی گویند.
-
- اگر ، معادله دو ریشه مختلط متمایز دارد. لذا دو منحنی مشخصه مختلط داریم و به آن معادله بیضوی میگوییم.
۴-۴-۱: مثال
معادلات زیر را در نظر بگیرید.
[شنبه 1400-08-01] [ 08:26:00 ب.ظ ]
|