Файл: Воробьев, Е. М. Уравнения математической физики (некоторые вопросы, связанные с уравнением Гамильтона-Якоби и волновым уравнением) учеб. пособие.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 01.11.2024

Просмотров: 67

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

3

где

 

Wife*),

% J*

 

 

 

 

на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

оператор умножения

 

независимую переменную в

(к")

у7 ft - Фурье-обравы функций

 

н у;

соответственно.

 

 

 

 

 

 

Если с/ft:) -~- решение задачи ( 3 ) , (*) , то

l/(t)*-F~.'tfft

 

решение задачи ( I ) , (2) о

^f&JsC

 

 

 

 

- Рассмотрим два оператора •

(tf ж АГ

(6) ,

зависящие

 

ох параметра

 

Р >0

и определенные формулами

 

 

 

 

 

 

»;

CH/p/tjMj

 

A

^

 

 

 

А, (*ШР) =

 

 

 

 

 

 

Аг

(*)J(P)

v

_

/Р/

/(/>);

U

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оператор А^ (£)

, очевидно, ограничен в Wa

(Р/Щ* любом i

 

Покажемf что оператор

А± (&) ограничен

как оператор,

дейотвую-

*

щий ив

 

 

*(&*)ъ Щ*(РЛ)>

Действительно,

пусть

 

Тогда

Следовавельно, / / A i f f l / l t f t - t -

C^f ^

так функция

J

 

 

 

 

/Р/

ограничена при фиксированном zf

 

 

 

Поскольку ]Р €

rfi

¥€

'(&"),

следующая формула

определяет функцию

U

со значениями в пространстве

W[ (Р )

Щ = й & У / А г Р ) ? Ь

(5)

Подстановка функции (5) в уравнение (3) и начальные условия (4 показывает, что формула (5) дает решение задачи (8), (4). Проверим, например, выполнения условия,-(^2) • Покажем, что

-


где операторы Atfe).

и А2 ft) определены формулами

Aid)

JO

= '//>/ 'i*r/p/t

• /(/>) j

 

(7)

Alft)J(p)

= C*/P/£'S(P)

j

y&s

(8)

Действительно,

пусть

 

 

 

(t'—

 

— : — ^

 

у 1 =

<>2-

Иа неравенств

 

 

 

 

 

7)

следует, что

6*" //A:A (t)-A'£ft)//wt

~* Wt:1

°'

n —* о

 

 

 

•t™//AL«

ft)-^ft)/lwt<-

 

" °J

аэто оэначает справедливость формулы (6) . Остается убедиться

втом, что

f ~ WftJV+AKt)

 

V -

 

= 0...

Покажем, ч*о

fl/ijft)

V

~

@

Пусяь £ - поло-

тигельное число. Выберем такой элемент %

пространства С?(

чтобы выполнялось неравенство

 

 

 

- 107 -


Пуоть нооитель У>0

содержится в иаре рад%оа

£ с

с центрои

в начале координат.

Тогда при £ ^ ^ (//У//

~{

- )

Аналогично устанавливается, что

//(A^(iJ

-i ) ft//~t-/ =

Существование реиения задачи ( I ) (2) при

F(t)=0

докавано.

Обратимся к неоднородному волновому уравнению. Очевидно, до­ статочно доказать существование реиения задачи Ком ( I ) , (2) о

нулевыми начальными данными: IP- 0, У

7

О

Введен вспомогательную

функцию W(tjT)

£?С~, которая при каждой Т ?о

является

реиениеи задачи

 

 

 

 

 

 

A wfi;r),

 

vA-rU

ийг'Л. /

Именно,

похожий W(tj7~) = Р'£У/(1^)

, где

.

г

При этом

-непрерывна по Т.

при фиксированном

£

о является реиениеи задачи (9) , (10).

 

 

 

Докажем, что функция^

 

 

 

 

 

и(*У=

J^r^rjo/r

 

 

(12)

 

о

f

 

 

 

 

 

- 108 -

 

 

 


является решением задачи Коня ( I ) , (2) с нулевыми начальными дан­

ными (так называемый принцип Дюгамеля). Очевидно, что

&rr> //U(tJ//~(<-

о т . w ( t : < ) + J

Х^т2-

О

о

(13) Из формула ( I I ) следует, что подынтегральная функция в

последнем интеграле ограничена равномерно по ~£ при ~£ — Т ( 'Т - произвольное положительное число) как функция со значени­

ями в W^1(#.") • Следовательно,

 

«...

т г у * ? - - "

.

»>

Вычиолии

о/ги

 

 

 

 

о

 

 

 

 

... о

 

Теорема доказана.

 

 

 

 

 

Залетим,

что

если

2/ft)

-

реиение задачи Кош ( I ) ,

(2)

о непрерывной правой часты»

 

, определяемое формулами

(5), (12), то

2/

.-.

непрерывная функция со значениями в

прост­

ранстве

wj

(&*)

 

 

 

 

§ 2 .

Теорема

единственности,

 

 

В атом параграфе мы докажем" единственность решения задачи

Яоши для волнового уравнения.

 

 

 

Определение.' Пространством

 

нааовем пополнение прост­

ранства

непрерывных на JpQ Tj

 

функция оо значениями в

И^'Т^у'