Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,813

НЕКЛАССИЧЕСКАЯ ВНУТРЕННЕ-КРАЕВАЯ ЗАДАЧА ДЛЯ УРАВНЕНИЯ ТРЕТЬЕГО ПОРЯДКА С КРАТНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

Жабоев Ж.Ж. 1 Кумышев Р.М. 1 Кулиев Р.С. 1
1 ФГБОУ ВПО Кабардино-Балкарский Государственный Университет им. Х.М. Бербекова
В работе сформулирована корректная неклассическая краевая задача для уравнения третьего порядка смешанного типа в характеристической области. Краевые условия задачи содержат как классические операторы, так и операторы, определяющие связь между значением искомой функции и ее производных внутри смешанной области и на ее границе. Как известно, краевые задачи с условиями такого типа принято называть внутренне-краевыми. Помимо этого, в постановке задачи также использованы негладкие условия сопряжения на линии изменения типа уравнения. Основной результат работы заключается в доказательстве однозначной разрешимости сформулированной задачи. При этом для доказательства единственности решения задачи был применен метод интегралов энергии. Для доказательства существования решения использовался метод интегральных уравнений и метод интегральных преобразований Лапласа.
существование решения задачи
единственность решения
нелокальный оператор
внутренне-краевая задача
уравнение в частных производных
1. Елеев В.А. Аналог задачи Трикоми для смешанных параболо-гиперболических уравнений с нехарактеристической линией изменения типа // Дифференциальные уравнения. 1977. — Т. 13. — № 1. — С. 56.
2. Елеев В.А., Кумыкова С.К. О некоторых краевых задачах со смещением для уравнений третьего порядка. Известия КБНЦ РАН, 1998, № 1.
3. Елеев В.А. О краевых задачах для смешанного уравнения гиперболо-параболического типа // Дифференциальные уравнения. — 1988. — Т. 24. — № 4. — С. 627.
4. Елеев В.А., Лесев В.Н. О двух краевых задачах для смешанных уравнений с перпендикулярными линиями изменения типа // Владикавказский математический журнал. — 2001. — Т. 3. — № 4. — С. 9–22.
5. Лесев В.Н. Нелокальные краевые задачи для смешанных уравнений с негладкими линиями изменения типа // диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук / Нальчик, 2003.
6. Лесев В.Н., Бжеумихова О.И. Задачи для смешанных уравнений и уравнений с отклоняющимся аргументом. Существование и единственность решений. – Saarbrücken (Germany): Palmarium Academic Publishing. 2012. – 147 р.
7. Лесев В.Н., Желдашева А.О. Неклассическая краевая задача для смешанного уравнения второго порядка с интегральными условиями сопряжения // Известия Смоленского государственного университета. — 2013. — № 3 (23). — С. 379–386.
8. Лесев В.Н. Задача Бицадзе-Самарского для уравнения эллиптико-гиперболического типа с перпендикулярными линиями вырождения // Тезисы докладов Северо-Кавказской региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспектива-98». – Нальчик: Каб.-Балк. ун-т, 1998. – С. 33–35.
9. Лесев В.Н. Об одной краевой задаче для уравнения смешанного типа с нелокальными условиями на гиперболической части границы и негладкими условиями сопряжения на линиях изменения типа // Материалы Северо-Кавказской региональной научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. «Перспектива-2001». – Т. II – Нальчик: Каб.-Балк. ун-т, 2001. – С. 181–185.
10. Желдашева А.О. Задача со смещением для уравнения параболо-гиперболического типа // Московское научное обозрение. — 2011. — № 9. — С. 07–08.
11. Жабоев Ж.Ж. Об одной нелокальной внутренне-краевой задаче для уравнения третьего порядка с кратными характеристиками // Материалы третьей Международной конференции «Функционально-дифференциальные уравнения и их приложения». – Махачкала: ДГУ, 2007.
12. Жабоев Ж.Ж. Нелокальная задача типа задачи Бицадзе-Самарского для уравнения смешанного типа 3-го порядка с кратными характеристиками // Материалы Российско-Азербайджанского симпозиума «Уравнения смешанного типа и родственные проблемы анализа и информатики». – Эльбрус, 2008.
13. Zhaboev Z.Z., Bekulova I.Z., Lesev V.N. Non-local boundary-value problem for the third order equation of mixed type // Чотирнадцята Міжнародна наукова конференція імені академіка М. Кравчука: Матеріали конф. Т. 1. Диференціальні та інтегральні рівняння, їх застосування. – К.: НТУУ «КПІ», 2012. – С. 39–40.

Нелокальные краевые задачи для смешанных уравнений составляют широкий класс задач, теория которых интенсивно развивается на протяжении нескольких десятилетий [1-7]. Эти задачи представляют как теоретический интерес, так и обладают прикладной значимостью. Они применяются при моделировании процессов тепло- и массопереноса, описании проблем гидродинамики, решении инженерно-технических задач. В настоящей работе исследована нелокальная краевая задача для смешанного уравнения третьего порядка в характеристической области, которая обобщает результаты работ [8-10] и служит продолжением исследований, начатых в работах [11-13].

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Рассматривается уравнение

(1)

в конечной области , ограниченной отрезками , и прямых и соответственно, а также характеристиками и уравнения (1).

Пусть , ; , - аффиксы точек пересечений характеристик уравнения (1), выходящих из точки с характеристиками , соответственно.

Для уравнения (1) в области исследована следующая

Задача 1. Найти функцию , обладающую свойствами:

1. - регулярное решение уравнения (1) в , ;

2. ; ; ;

;

3. — удовлетворяет граничным условиям:

(2)

(3)

(4)

и условиям сопряжения

(5)

, (6)

где — внутренняя нормаль. Относительно коэффициентов уравнения (1) и заданных функций здесь и в дальнейшем предполагается, что

Под регулярным будем понимать решение уравнения (1), производные которого до порядка, входящего в уравнение, существуют и непрерывны в рассматриваемой области при .

Искомую функцию представим в виде:

Пусть

(7)

, (8)

тогда условия согласования примут вид

Воспользуемся тем, что любое регулярное решение уравнения (1) при представимо в виде:

,

где — регулярное решение уравнения

,

а — дважды непрерывно дифференцируемая функция, которую можно подчинить условию .

Решение уравнения (1) в представимо в виде [1]:

, (9)

где .

Подставив (9) в краевое условие (3), получим функциональное соотношение между и , принесенное из гиперболической части на линию в виде:

(10)

Переходя к пределу в уравнении (1) при , получим соотношение между и :

. (11)

На основании (7), (8) условия склеивания (5), (6) примут вид:

, (12)

. (13)

Пусть , тогда (10) представимо в виде:

, (14)

где , ,

.

Из (12), (13) и (14) найдем :

, (15)

где , ,

.

Подставляя из (15) в (11) и учитывая граничные условия (2), приходим к задаче для определения :

, (16)

(17)

где , .

2. ЕДИНСТВЕННОСТЬ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ 1

Пусть

.

Теорема. Если выполняются условия:

(18)

, (19)

тогда .

Доказательство. Рассмотрим интеграл

.

С учетом (14) получим:

.

После несложных преобразований этот интеграл можно переписать в виде:

. (20)

Из условий (18) заключаем, что

, ,

, .

Таким образом

. (*)

С другой стороны, из условий склеивания на основании (11) имеем:

.

После преобразований, получим:

. (21)

Из условия (19), заключаем, что

,

и, следовательно,

. (**)

Сравнивая (*) и (**), заключаем, что . Тогда

.

По схеме, предложенной в работе [2], доказывается, что в области .

3. СУЩЕСТВОВАНИЕ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ 1

Интегрируем (16) три раза от 0 до , получим:

Откуда

Обозначая ,

, ,

перепишем последнее выражение в виде:

. (22)

Если обозначить через

,

будем иметь:

. (22’)

Обращая (22’) через резольвенту ядра , получим:

, (23)

или .

Откуда ,

где .

Продифференцировав (23), получим:

или ,

где .

Для определения воспользуемся третьим условием (17). Будем иметь:

.

Если обозначить через

,

,

то при условии, что , найдем :

и, следовательно, для определения неизвестного будем иметь следующую формулу:

.

После определения функций из формул (15), (12), (13) решение задачи 1 в области находится по формуле (9), а в области приходим к следующей задаче: (1), (2), , существование решения которой доказывается с помощью преобразований Лапласа.

Рецензенты:

Шхануков-Лафишев М. Х., д.ф.-м.н., профессор, ФГБУН «Институт информатики и проблем регионального управления Кабардино-Балкарского научного центра РАН», г. Нальчик;

Журтов А.Х., д.ф.-м.н., профессор кафедры ГиВА Кабардино-Балкарского государственного университета, г. Нальчик.


Библиографическая ссылка

Жабоев Ж.Ж., Кумышев Р.М., Кулиев Р.С. НЕКЛАССИЧЕСКАЯ ВНУТРЕННЕ-КРАЕВАЯ ЗАДАЧА ДЛЯ УРАВНЕНИЯ ТРЕТЬЕГО ПОРЯДКА С КРАТНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2-2.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=23166 (дата обращения: 23.02.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074