Файл: Земанян А.Г. Интегральные преобразования обобщенных функций.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 184
Скачиваний: 0
Следовательно,
(3)
Покажем теперь, что в некоторой полосе в s-плоско сти функция (3) удовлетворяет условиям теоремы 4.3.6. Отсюда будет следовать, что (3) является обычным пре образованием Меллина непрерывной функции. При 0
0 а и s = а + гео
|
sin (as — 0s) |
- |
О |
(е~И°), |
I со I —> oo, |
(4) |
равномерно |
sin as |
|
||||
на — оо < о < о о . |
Кроме того, |
при 0 < |
||||
< Ѳ ^ а особенностип |
функции sin (as — 0s)/sin as — это |
|||||
простые полюсы, которые могут находиться лишь в точ |
||||||
ках s = ягс/а, где |
— целое число, не равное нулю. |
|||||
(Точка s = |
0 не является полюсом, поскольку обе функ |
ции sin (as — 6s) и sin as имеют при s = 0 простые нули. При некоторых 0 такая же ситуация может иметь место и для других точек вида s = ятг/a, но этого не может быть при всех значениях 0, например, когда Ѳ/а — ирра циональное число.) В силу теоремы 4.3.5 и оценки (4) при 0 < 0 а и | ш I —► оо функция (3) экспоненциально стремиться к нулю равномерно в любой замкнутой под
полосеа й/. Следовательно, |
|
если О < 0 < J |
a > то функция |
||||||||
(3) удовлетворяет |
Ъ |
условиям теоремы 4.3.6 |
в любой по |
||||||||
лосе |
< ; Re s <; |
(оу, |
< |
а |
< |
Ъ |
< оу,), |
не |
содержащей |
||
точек |
вида тгя/a (п = |
+ |
|
1, ± |
2, . . .). |
|
|
||||
Таким образом, |
применяя теоремы 4.3.6, мы получаем |
||||||||||
в качестве возможного |
решения уравнения (1) выражение |
О |
<< 0 <С а, |
0 < ; г <г. оо, |
где а — любое |
(5) |
|||
действительное |
|||||||
число из й/, |
не равное |
дя /а(?г==+1, |
+ 2 , ...). Если |
||||
й/ |
|
о, |
|
|
|
|
|
содержит некоторые из точек гея/2, то решение (5) не |
|||||||
|
|
|
|
пп/а. |
|
|
|
0единственно; оно может быть различным при различных |
|||||||
значениях |
|
равных, например, оу и о2, если между оу и |
|||||
2 |
имеются точки вида |
|
|
Этот случай мы рассмотрим |
позже.
Поскольку наши выкладки были чисто формальными, мы должны теперь доказать, что (5) является решением. Функция (5) удовлетворяет дифференциальному уравнѳ-
158
ншо (1) в смысле обычного дифференцирования. Это сле дует из того факта, что дифференциальные операторы дідг, ö2/dr2, dldQ и 52/5Ѳ2 перестановочны с иптегриророваиием в (5) и что функция
sin (as — 0s) sin as
удовлетворяет уравнению (1). Очевидные детали мы в рас суждении опускаем.
Обратимся теперь к граничным условиям и проверим сначала второе из них, более простое. Из (5) и того факта, что |г-іш| = 1, мы получаем неравенство
|
|
Г |
|
|
sin (a — gѲ) (о + |
іш) |
|
(6) |
|
|
I “ |
(г, Ѳ) I < 2я |
|
|
+ ію) sin a ( + |
iu>) |
|
da>, |
|
|
|
|
|
|
|||||
где |
a |
фиксировано |
указанным выше образом. Теорема |
||||||
4.3.5 утверждает, что |
F (а |
+ |
ісо) имеет медленный рост при |
||||||
I со |
I -> |
оо. Следовательно, |
из оценки (4) вытекает равно |
мерная сходимость интеграла в (6) в любом замкнутом ин
тервале ß |
Ѳ |
а, где ß > |
0. Поэтому мы можем перей |
|
ти в (6) к пределу |
при Ѳ -*• |
а — |
0 под знаком интеграла и |
|
|
убедиться, что второе граничное условие выполнено. Чтобы проверить первое граничное условие, мы дол
жны показать, что при любых ср ее 2) (I)
lim <u(r, Ѳ), ф(г)> = </(г), ср(г)>.
в -> + 0
Так как функция и(г, Ѳ) непрерывна, то
<*<г,Ѳ), |
Ф ( г ) > = ^ 5 * |
I |
|
||
где 0 < |
0 — оо |
|
|
X г_0_1“ ф (г) dco, |
|
Ѳ < а и а фиксировано, как указано выше. Если |
Ѳ фиксировано, то подынтегральное выражение является гладкой функцией переменных (г, to), причем ее носитель содержится в некоторой полосе
{(г, со): 74 < г < г2, 0 < Г ! < г 2 < оо, —оо < со < сю}.
В этой полосе подынтегральное выражение в силу (4) ог раничено функцией К/ (1 + со2), где К — достаточно большая постоянная. Следовательно, по теореме Фубини
159
мы можем изменить порядок интегрирования:
со
<it (?•, Ѳ), |
Ф |
(г)> = |
^ |
F (з |
+ |
іео) |
фsin(з |
ico) |
|
|
|
|
|
|
(+а - |
Ѳ) (Xа + to) |
d |
(7) |
|||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
sin а (о + гео) |
|
ѵ ' |
|
|
г_Рф (г) dr — 9Л [7'-1ф (г 1)], — оо |
Re s |
оо. |
(8) |
|||||||
Ф (s) = ^ |
Отсюда следует, что Ф (s) — целая функция (теорема 4.3.2). Последовательно интегрируя по частям, мы полу чаем
оо
|
ф м = |
|
r"‘“ |
М '*. |
» = |
0 ,1 ,2 ,.. . |
Поскольку I Гіш I = 1, то |
о |
Іо r~a+n I Ппф(г) I dr |
||||
I |
Ф (а + |
ico) I О -|— —---т-—Ц |
||||
I |
V I |
— l|...|<s-j-ico — n j j |
1 |
r w i (9) |
для всех п. Таким образом, Ф (ст + іео) быстро убывает при I со I -> оо. Кроме того, функция
|
|
|
|
|
sin (а — Ѳ) (б 4- ;co) |
|
|
|
|
|
' |
|
' |
||||||
|
|
|
|
|
|
sin а (а + |
ico) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ограничена |
при |
— оо |
|
ю |
< |
оо |
и |
0 ^ |
Ѳ |
^ |
а, |
когда |
ст |
||||||
фиксировано (ст |
Ф |
|
пліа, |
п |
= |
+ |
1, |
+ 2 , |
. . .)а. , |
Из факта |
|||||||||
|
F |
|
|
|
|||||||||||||||
медленного |
роста |
(ст + |
іео) при | |
со | —> ехэ |
вытекает те |
||||||||||||||
перь, что (7) сходится равномерно на 0 ^ |
0 |
|
|
и поэтому |
|||||||||||||||
lim <u(r, Ѳ), ф(7')) = |
т~ |
СО |
F (ст + іео) Ф (с + |
ію) dcD. |
(И) |
||||||||||||||
\ |
|||||||||||||||||||
о ->+о |
|
|
|
|
|
|
J |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Из (9) и теоремы 4.3.5 |
|
—00 |
|
|
F |
|
іео) Ф (ст + |
|
шіео)) |
||||||||||
следует, что |
F(ст + |
|
|||||||||||||||||
также удовлетворяет |
условиям |
теоремы |
4.3.6 |
в любой |
|||||||||||||||
замкнутой hподполосе П/, |
и поэтому |
(ст + |
ію) Ф (ст + |
|
|
|
|||||||||||||
является |
преобразованием |
|
Меллииа |
|
непрерывной |
||||||||||||||
функции |
(г) |
на |
|
0 < г < о о . |
|
Сравнение |
|
формулы |
160
(11) |
с равенствомF |
(3)й п. |
4.3 показывает, |
что правая часть |
||
(11) |
|
h |
|
|
|
|
совпадает с h{r)(1).=Кроме/ \ /того1г-1,физ(г(8)-1)].и теоремы 4.6.3 вы |
||||||
текает, что 3) |
(о -f- |
о) Ф (ст + іш) является преобразова |
||||
нием функции |
то |
по |
(г) |
Далее, так как |
||
г"1 ср(г-1) 6Е |
(/), |
теореме 4.6.2 |
|
Объединяя все эти результаты мы, наконец, получаем
формулу lim |
<u(r, |
Ѳ), |
ф(г)> |
= |
h ( l ) = </(ж), Ф(я)>, |
о -*+0 |
|
|
|
которая показывает, что первое граничное условие также выполнено. Таким образом, (5) действительно представ ляет собой решение задачи Дирихле для бесконечного клина. Теорема доказана.
Как было отмечено выше, (5) не является единственным решением, если содержит полюсы подынтегрального
выражения (5). В этом случае |
два различных выбора ст, |
|
например, ох и о2, приводят к |
решениям, |
отличающимся |
на сумму вычетов в полюсах, |
лежащих |
между О! и ст2. |
Эти вычеты имеют вид
(12)
где А — постоянная и к — целое число. Легко показать, что (12) удовлетворяет дифференциальному уравнению (1)
а
|
|
|
йУ {Г) |
|
|
|
и равномерно сходится к нулю на компактных подмноже' |
||||||
ствах 0 |
< г < оо при Ѳ |
+ 0или |
Ѳ -> |
|
— 0 . Отсюда |
|
следует, |
что (12) стремится к нулю в |
Q f . |
|
при Ѳ |
—> + 0 . |
|
Кроме того, эти рассуждения остаются верными и в слу |
||||||
чае, когда точки /ся/ане принадлежат |
|
Таким образом, |
||||
мы можем добавить к (5) линейную комбинациюкп/а |
таких |
|||||
функций и получить снова |
решение нашей задачи вне за |
|||||
висимости от того, принадлежат точки |
|
множеству Q/ |
||||
или нет. |
Формулируя этот результат на |
языке электро |
статических потенциалов, мы можем сказать, что (12) представляет собой потенциал, создаваемый электриче ским мультиполем, сосредоточенным в точке г = 0 либо «размазанным» при г = о о . Поскольку граничные условия не налагают никаких ограничений на эти точки, то дей ствительно можно ожидать появления в потенциале и (г , Ѳ) произвольных компонент.
6 А . Г. Земанян |
161 |