Реферат по предмету "Наука и техника"


Волновое уравнение не имеет единственного решения

ВикторКулигин, Галина Кулигина, Мария Корнева, Исследовательская группа «Анализ»
Теорема о нарушении единственности решения
Теоремуо существовании и единственности решения задачи Коши можно найти в [1](стр.44...46). Логика доказательства приводит к однородному волновому уравнению(77) (см. стр.45 в [1]), решение которого должно удовлетворять нулевымначальным и граничным условиям (стр.45 в [1]). Далее идет доказательство, чторешение этого уравнения тривиальное и на основании этого делается заключение оединственности решения задачи Коши для волнового уравнения.
Оказывается,существует множество решений задачи Коши для волнового уравнения. Мы приведемдоказательство для свободного пространства (одномерный случай). Этопродиктовано следующими соображениями. Во-первых, доказательство не будетперегружено дополнительными деталями. Во вторых, доказательство этого случая ненарушает общности рассуждений и его нетрудно обобщить на случай наличияграничных условий. В третьих, нас интересуют процессы в свободном пространстве(излучение и распространение волн в электродинамике), к которым этодоказательство имеет прямое отношение.
Доказательство
Рассмотримоднородное волновое уравнение в безграничном одномерном пространстве с нулевыминачальными условиями.
/> (1)
Начальныеусловия: v = 0 и ∂v/∂t = 0 при t = 0.
Представимтеперь функцию v как сумму некоторых двух функций:v = u + f (2)
Подставимэто выражение в (1) и перенесем члены, зависящие от f в правую часть уравнения(1).
/> (3)
Мыможем выбрать и присвоить функции f определенное выражение. Пусть, например,
f= (cosπx·sinat)4, когда –1
f= 0 если x 1 и t > π/a или t
Функцияограничена f в пространстве и во времени. В этом случае уравнение (3)превращается в неоднородное волновое уравнение, правая часть которого намизвестна. Теперь мы можем сформулировать начальные условия для функции u.
Начальныеусловия:u = – f(x;0) и ∂u/∂t = – ∂f / ∂t при t = 0 (4)
Решениеуравнения (3) с начальными условиями (4) существует (см., например, [1],стр.75, выражение (24)). Следовательно, мы имеем окончательный результат –новое, нетривиальное решение однородного волнового уравнения с нулевыминачальными условиями. Запишем общее ненулевое решение однородного волновогоуравнения, удовлетворяющего задаче Коши с нулевыми начальными условиями:
/>, (5)
где/>.
Функцияf не должна быть решением волнового уравнения.
Мывидим, что второе решение существует и отлично от нуля при t>0. Такимобразом, теорема о нарушении единственности решения задачи Коши для волновогоуравнения доказана.
Применение результатов
Полученноедоказательство служит обоснованию метода получения новых решений, описанного в[2], [3] и др. статьях авторов. Оно имеет прямую связь с калибровкой решений вэлектродинамике [2], [3].
Пустьмы имеем неоднородное волновое уравнение
/>
ссоответствующими начальными условиями: v=φ(x) и ∂v/∂t=ψ(x)при t=0.
Представимрешение этого уравнения в форме (2): v=u+f.
Оставимв левой части волнового уравнения только члены, зависящие от u. Как и впредыдущем случае мы могли бы задать явный вид функции f (как говорят: «взяв еес потолка») и получить решение неоднородного уравнения. Но можно поступитьиначе. Мы можем наложить на f некоторое условие. Например, мы можемпотребовать, чтобы функция f удовлетворяла уравнению Пуассона:
∂2f/ ∂x2=F(x;t).
Еслирешение этого уравнения существует (функция F(x:t) интегрируема), то уравнениедля функции u определено и определены начальные условия задачи Коши:u=φ(x) –f(x;0) и ∂u/∂t=ψ(x)–∂f/∂t при t=0.
Такойметод построения второго решения по существу является калибровкой решения.Иными словами, мы ищем решение как сумму выражений, имеющих различнуюфункциональную зависимость от координат и времени (запаздывающие потенциалы,мгновеннодействующие потенциалы, потенциалы, удовлетворяющие уравнениютеплопроводности и т.д.) Этот метод описан и используется в работах [2], [3].
Следствия,вытекающие из отсутствия единственности решения для электродинамики весьмасущественны. Калибровочная (градиентная) инвариантность не имеет места. В общемслучае калибровка Лоренца уравнений Максвелла дает решения, отличающиеся отрешений в кулоновской калибровке [2], [3]. Однако существует важный частныйслучай, когда эти калибровки эквивалентны. Он рассмотрен в [4].
Остаетсядобавить, что для уравнений параболического типа (уравнение теплопроводности,уравнение Шредингера и др.) можно доказать аналогичную теорему. Более того,возможно, что нарушение единственности решения имеет место также для уравненийэллиптического типа (например, для задач Дирихле, Неймана и др.).
Список литературы
ТихоновА.А. и Самарский Н.Н. Уравнения математической физики. – М.: ГИФМЛ, 1954.
КулигинВ.А., Кулигина Г.А., Корнева М.В. Калибровки и поля в электродинамике. /Воронеж. Ун-т. – Воронеж, 1998. Деп. в ВИНИТИ 17.02.98, № 467 – В98.
Kuligin V.A., Kuligina G.A., Korneva M.V. Analysis of theLorentz's gauge. Canada, Montreal, 2000. – Apeiron, vol. 7, no 1...2.
КулигинВ.А., Кулигина Г.А. Корнева М.В. Однопроводные линии. / Воронеж. Ун-т. –Воронеж, 2002. Деп. в ВИНИТИ 10.06.2002, №1062 – В2002.


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.

Сейчас смотрят :

Реферат Страхование 8
Реферат Козацько-селянські повстання кінця ХVІ - першої половини ХVІІ ст
Реферат Конституционно-правовой статус человека и гражданина 3
Реферат Феномен "Экзистенциально нового" в dasein- и экзистенциальном анализе (антропологическое исследование)
Реферат Видатні постаті французького та німецького менеджменту
Реферат Фактор страха
Реферат Палестина витоки протистояння арабів та євреїв
Реферат Фантазии глубокого проникновения
Реферат Виктор Франкл
Реферат Использование информационных технологий в деятельности органов государственной и муниципальной службы (на примере Администрации городского поселения Игрим)
Реферат Церковно-приходская народная школа
Реферат Формирование у учащихся практических познавательных умений по физике
Реферат Формирование самостоятельности учащихся в процессе изучения темы физики: "Тепловые явления"
Реферат Формула читабельности Флеша
Реферат Компетенция Президента Российской Федерации 3