Научные статьи
Метод приближенного решения уравнений в частных производных
Т. В. Жуковскаяa,
Е. С. Жуковскийbc,
М. А. Рыбаковb,
А. С. Трофимоваbc a ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный технический университет»
b ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина»
c ФГБУН «Институт проблем управления им. В. А. Трапезникова РАН»
Аннотация:
В статье рассматривается уравнение в частных производных вида
$$\frac{\partial u}{\partial t}=f\big(t,x,y, u, \frac{\partial u}{\partial x},\frac{\partial u}{\partial y},\frac{\partial^2 u}{\partial x^2},\frac{\partial^2 u}{\partial y^2}, \frac{\partial^2 u}{\partial x \partial y}\big), \ \ (x,y)\in D \subset \mathbb{R}^2, \ \ t\geq 0,$$
относительно неизвестной функции
$u,$ определенной в области
$D$ пространственных переменных
$x,y$ и при
$t\geq 0.$ Предлагается метод нахождения приближенного решения. Рассматриваемое уравнение заменяется приближенным за счет введения оператора сдвига
$S:D\to D ,$ позволяющего заменить на каждом шаге вычислений неизвестные значения функции
$u(x,y,t)$ в правой части значениями
$u(S(x,y),t),$ полученными на предыдущем шаге. Идея предлагаемого метода восходит к идее метода Тонелли, известного для дифференциальных уравнений относительно функций одной переменной (с обычными, а не частными производными). Достоинствами предлагаемого метода являются простота получаемого итерационного соотношения и возможности применений к широкому классу уравнений и краевых условий. В статье получены итерационные формулы решения краевой задачи с условием Дирихле по пространственным переменным и с начальным или с краевым условием по переменной
$t.$ На основании предложенного метода получено приближенное решение конкретной начально-краевой задачи для уравнения теплопроводности в квадратной области.
Ключевые слова:
уравнение в частных производных, краевая задача, приближенное аналитическое решение, уравнение теплопроводности
УДК:
517.951
MSC: 65N22,
35А35,
35G30 Поступила в редакцию: 28.05.2024
Принята в печать: 13.09.2024
DOI:
10.20310/2686-9667-2024-29-147-255-267