Lâu quá mới trở lại diễn đàn vì dạo này bận thi tốt nghiệp, để khai trương cho tháng đạo hàm riêng mình có chút chút tâm sự về một bài toán quen thuộc là phương trình sóng và nguyên lí Duhamel,
Chúng ta đã khá quen thuộc với bài toán dao động của dây, đối với bài toán này ta thường hay tiếp cận với các bài toán như Cauchy, bài toán biên, bài toán hỗn hợp, bài toán Goursat,...
Đối vơi phương trình sóng (bài toán dao động dây) ngày nay có khá nhiều hướng tiếp cận như tìm nghiệm cổ điển(nghiệm đủ trơn), nghiệm suy rộng, bài toán không chỉnh, nghiệm yếu,...
Tuy nhiên trong bài này ta không va chạm quá nhiều đến những vấn đề đó mà chỉ quan tâm một vấn đề khá quen thuộc là nguyên lí Duhamel của bài toán sóng. Như ta đã biết nguyên lí Duhamel được Jean-Marie Constant Duhamel giới thiệu lần đầu vào năm 1830 với mục đích chính là chuyển các bài toán Cauchy không thuần nhất đến các bài toán thuần nhất, tuy nhiên với các bài toán biên cũng như bài toán hỗn hợp chưa thấy nhắc đến.
Trước tiên để làm ví dụ ta thử quan tâm đến bài toán biên loại 1
Như ta đã biết để giải bài toán trên ngưới ta có nhiều phương pháp khác nhau như đường đặc trưng, tách biến, ...
Tuy nhiên với phương pháp nào thì hầu hết cũng tách bài toán không thuần nhất ban đầu thành 2,3 bài toán thuần nhất tương ứng và có thể giải được, tuy nhiên lúc tách bài toán thành các bài toán khác nhau ta cần phải chú ý đến điều kiện tương thích của điều kiện đầu và điều kiện biên, với những điều kiện đó thỏa thì nói chung nghiệm bài toán tồn tại và duy nhất.
Trước tiên ta xem xét bài toán thuần nhất
Để nghiệm bài này tồn tại và duy nhất ta cần thỏa một số điều kiện sau
Cho nên lúc ta tách bài toán thì cần chú ý đến điều kiện trên cần thỏa mãn.
Hầu hết nhiều giáo trình cũng như các tài liệu hầu hết tách bài toán ban đầu thành bài toán thuần nhất trên và bài toán
Tuy nhiên sau đó để giải bài toán trên người ta có thể sẽ dùng nguyên lí Duhamel tương ứng cho bài toán Cauchy, cũng có thể sử dụng tách biến Fourier và dẫn đến điều kiện ràng buộc của hàm là , trên thực tế lớp hàm thỏa mãn điều này không nhiều, mục đích của chúng ta là làm sao đề bài toán đúng với mọi hàm , nếu có ràng buộc thì cũng là điều kiện tương thích cho bài toán ban đầu.
Có lẽ điều đó giúp ta nghĩ ra một chú ý cho nguyên lí Duhamel cho bài toán biên giúp giải quyết bài toán không thuần nhất ở trên.
Trong các trương hợp bậc cao hơn
thì với cách thông thường các ràng buộc của hàm khá lớn, có thể hình dung cứ là bậc thì có lên đến ràng buộc và điều đó khá nhiều...
Bài viết sẽ được tiếp tục ...
Chỉnh sửa bởi Vnkvant lúc 06-03-2010 16:48
Thay vì chia thành hai bài toán như trên ta sẽ chia thành hai bài toán như sau
và
Dế dàng kiểm tra lại rằng nghiệm của bài toán ban đầu là tổng 2 nghiệm của hai bài toán trên.
Đối với bài toán thứ nhất là một bài toán thuần nhất ta đã biết cách giải và thu được nghiệm bằng nhiều cách khác nhau, chúng ta chỉ quan tâm đến bài toán thứ 2, đối với bài toán này ta đưa ra nguyên lí Duhamel cho bài toán biên
Ta xét phương trình phụ
(Nguyên lí Duhamel). Ta đặt
Nếu là nghiệm của bài toán phụ thì cho bởi công thức trên sẽ là nghiệm của bài toán thứ hai ta cần giải.
Dễ dàng bằng các phép biến đổi sơ cấp ta sẽ kiểm chứng lại nguyên lí trên.
Bây giờ ta chú ý rằng đối với bài toán phụ là một bài toán thuần nhất nên vấn đề tìm nghiệm sẽ đơn giản hơn nhiều, mặt khác đối với bài toán phụ ta dễ thấy nó thỏa mãn 6 điều kiện tương thích của điều kiện đầu và điều kiện biên để bài toán có nghiệm duy nhất.
Như vậy ta đã giải quyết xong vấn đề cho nguyên lí Duhamel cho bài toán biên loại 1, bài sau ta sẽ quan tâm đến bài toán biên loại 2 và bài toán hỗn hợp.
có thể thấy rằng sau phép biến đổi trên lớp các hàm thỏa mãn đã rộng lớn hơn nhiều so với lớp hàm thỏa
Có nhiều điều thú vị khi va chạm đến các bài toán bậc cao hơn như phương trình bậc 4 tiêu biểu như bài toán sóng kép, đối với bài toán biên nếu theo suy nghĩ thông thường và tách bài toán thành hai bài như đối vơi ptrinh sóng thì cần thỏa mãn điều kiện ...có lẽ lớp hàm thỏa mãn điều này là quá ít, vì thế ở các bậc cao hơn nói chung ta nên làm theo hướng này với cách đặt hoàn toàn tương tự.
Đối với bài toán biên loại 2 thì bài toán phụ của ta có dạng
Và nguyên lí Duhamel có dạng tương tự...
Bạn nào đó đang học có thể cho ví dụ và làm thử xem...
Chỉnh sửa bởi vualangbat lúc 14-03-2010 00:00
học toán để đủ dùng thui.chứ suôt ngày học thj chẳng làm gì cho đời.quan trọng là phải biêt áp dụng vao thưc tê nêu không thì chỉ là mơ li thuyêt xuông.vô v