Π ΡΡΠΎΠΌ ΡΠ»ΡΡΠ°Π΅ Π΄Π°Π²Π»Π΅Π½ΠΈΠ΅ Π² Π»ΡΠ±ΠΎΠΉ ΡΠΎΡΠΊΠ΅ ΠΏΠ»Π°ΡΡΠ° ΠΎΠΏΡΠ΅Π΄Π΅Π»ΡΠ΅ΡΡΡ Π΄ΠΈΡΡΠ΅ΡΠ΅Π½ΡΠΈΠ°Π»ΡΠ½ΡΠΌ ΡΡΠ°Π²Π½Π΅Π½ΠΈΠ΅ΠΌ ΡΠΏΡΡΠ³ΠΎΠ³ΠΎ ΡΠ΅ΠΆΠΈΠΌΠ°:
(1.31).
Ρ Π½Π°ΡΠ°Π»ΡΠ½ΡΠΌ ΡΡΠ»ΠΎΠ²ΠΈΠ΅ΠΌ:
ΠΈ Π³ΡΠ°Π½ΠΈΡΠ½ΡΠΌΠΈ ΡΡΠ»ΠΎΠ²ΠΈΡΠΌΠΈ:
|
P (0,t) = PΠ,. | (1.33). |
P (L, t) = Pk. | (1.34). |
ΠΡΠΈ Π±ΠΎΠ»ΡΡΠΈΡ
Π²ΡΠ΅ΠΌΠ΅Π½Π°Ρ
Π΄Π°Π½Π½Π°Ρ Π·Π°Π΄Π°ΡΠ° ΠΈΠΌΠ΅Π΅Ρ ΡΡΠ°ΡΠΈΠΎΠ½Π°ΡΠ½ΠΎΠ΅ ΡΠ΅ΡΠ΅Π½ΠΈΠ΅, ΠΊΠΎΡΠΎΡΠΎΠ΅ ΠΌΠΎΠΆΠ½ΠΎ ΠΏΠΎΠ»ΡΡΠΈΡΡ ΠΈΠ· Π΄ΠΈΡΡΠ΅ΡΠ΅Π½ΡΠΈΠ°Π»ΡΠ½ΠΎΠ³ΠΎ ΡΡΠ°Π²Π½Π΅Π½ΠΈΡ, ΠΏΠΎΠ»ΠΎΠΆΠΈΠ² Π² Π½Π΅ΠΌ ΠΏΡΠΎΠΈΠ·Π²ΠΎΠ΄Π½ΡΡ ΠΏΠΎ Π²ΡΠ΅ΠΌΠ΅Π½ΠΈ ΡΠ°Π²Π½ΠΎΠΉ Π½ΡΠ»Ρ. ΠΡΠΊΡΠ΄Π° ΠΏΠΎΠ»ΡΡΠΈΠΌ.
Pct = c1 +c2 x, (1.35).
Π³Π΄Π΅ c1 ΠΈ c2 ΠΏΠΎΡΡΠΎΡΠ½Π½ΡΠ΅ ΠΈΠ½ΡΠ΅Π³ΡΠΈΡΠΎΠ²Π°Π½ΠΈΡ, ΠΊΠΎΡΠΎΡΡΠ΅ Π½Π°Ρ
ΠΎΠ΄ΠΈΠΌ ΠΈΠ· Π³ΡΠ°Π½ΠΈΡΠ½ΡΡ
ΡΡΠ»ΠΎΠ²ΠΈΠΉ. Π’ΠΎΠ³Π΄Π° ΡΡΠ°ΡΠΈΠΎΠ½Π°ΡΠ½ΠΎΠ΅ ΡΠ΅ΡΠ΅Π½ΠΈΠ΅ Π·Π°ΠΏΠΈΡΠ΅ΡΡΡ:
|
Pct = PΠ + (Pk — PΠ) x/L. | (1.36). |
Π Π΅ΡΠ΅Π½ΠΈΠ΅ Π·Π°Π΄Π°ΡΠΈ Π±ΡΠ΄Π΅ΠΌ ΠΈΡΠΊΠ°ΡΡ Π² Π²ΠΈΠ΄Π΅ ΡΡΠΌΠΌΡ ΡΡΠ°ΡΠΈΠΎΠ½Π°ΡΠ½ΠΎΠ³ΠΎ ΡΠ΅ΡΠ΅Π½ΠΈΡ ΠΈ ΡΠ°ΡΡΠ½ΡΡ
ΡΠ΅ΡΠ΅Π½ΠΈΠΉ:
|
P (x, t) = Pct + (Pk — PΠ) i (x, t). | (1.37). |
Π§Π°ΡΡΠ½ΡΠ΅ Π²Π΅ΡΠ΅Π½ΠΈΡ Π΄ΠΎΠ»ΠΆΠ½Ρ ΡΠ΄ΠΎΠ²Π»Π΅ΡΠ²ΠΎΡΡΡΡ Π΄ΠΈΡΡΠ΅ΡΠ΅Π½ΡΠΈΠ°Π»ΡΠ½ΠΎΠΌΡ ΡΡΠ°Π²Π½Π΅Π½ΠΈΡ (1.31):
ΠΈ Π³ΡΠ°Π½ΠΈΡΠ½ΡΠΌΠΈ ΡΡΠ»ΠΎΠ²ΠΈΡΠΌΠΈ:
|
i(0, t) = 0, i (L, t) = 0. | (1.39). |
Π§Π°ΡΡΠ½ΡΠ΅ ΡΠ΅ΡΠ΅Π½ΠΈΡ Π±ΡΠ΄Π΅ΠΌ ΠΈΡΠΊΠ°ΡΡ ΠΌΠ΅ΡΠΎΠ΄ΠΎΠΌ ΡΠ°Π·Π΄Π΅Π»Π΅Π½ΠΈΡ ΠΏΠ΅ΡΠ΅ΠΌΠ΅Π½Π½ΡΡ
, ΡΠΎ Π΅ΡΡΡ, ΡΡΠΈΡΠ°Π΅ΠΌ, ΡΡΠΎ ΡΠ°ΡΡΠ½ΠΎΠ΅ ΡΠ΅ΡΠ΅Π½ΠΈΠ΅ ΡΠ²Π»ΡΠ΅ΡΡΡ ΠΏΡΠΎΠΈΠ·Π²Π΅Π΄Π΅Π½ΠΈΠ΅ΠΌ Π΄Π²ΡΡ
ΡΡΠ½ΠΊΡΠΈΠΉ, ΠΎΠ΄Π½Π° ΠΈΠ· ΠΊΠΎΡΠΎΡΡΡ
Π·Π°Π²ΠΈΡΠΈΡ ΡΠΎΠ»ΡΠΊΠΎ ΠΎΡ ΠΊΠΎΠΎΡΠ΄ΠΈΠ½Π°ΡΡ x, Π° Π²ΡΠΎΡΠ°Ρ ΡΠΎΠ»ΡΠΊΠΎ ΠΎΡ Π²ΡΠ΅ΠΌΠ΅Π½ΠΈ t:
ΠΠΎΠ΄ΡΡΠ°Π²ΠΈΠ² Π΄Π°Π½Π½ΡΠΉ Π²ΠΈΠ΄ ΡΡΠ½ΠΊΡΠΈΠΈ Π² ΡΡΠ°Π²Π½Π΅Π½ΠΈΠ΅ (1.13) ΠΈ ΡΠ°Π·Π΄Π΅Π»ΠΈΠ² ΠΏΠΎΠ»ΡΡΠ΅Π½Π½ΠΎΠ΅ ΡΠΎΠΎΡΠ½ΠΎΡΠ΅Π½ΠΈΠ΅ Π½Π° i, ΠΏΠΎΠ»ΡΡΠΈΠΌ:
|
(1.41). |
Π’Π°ΠΊ, ΠΊΠ°ΠΊ ΠΏΡΠ°Π²Π°Ρ ΡΠ°ΡΡΡ ΡΡΠΎΠ³ΠΎ Π²ΡΡΠ°ΠΆΠ΅Π½ΠΈΡ ΠΌΠΎΠΆΠ΅Ρ Π·Π°Π²ΠΈΡΠ΅ΡΡ ΡΠΎΠ»ΡΠΊΠΎ ΠΎΡ ΠΊΠΎΠΎΡΠ΄ΠΈΠ½Π°ΡΡ, Π° Π»Π΅Π²Π°Ρ ΡΠΎΠ»ΡΠΊΠΎ ΠΎΡ Π²ΡΠ΅ΠΌΠ΅Π½ΠΈ, ΡΠΎ ΡΡΠΎ ΠΎΠ·Π½Π°ΡΠ°Π΅Ρ, ΡΡΠΎ ΡΡΠΈ Π²ΡΡΠ°ΠΆΠ΅Π½ΠΈΡ Π½Π΅ Π·Π°Π²ΠΈΡΡΡ Π½ΠΈ ΠΎΡ ΠΊΠΎΠΎΡΠ΄ΠΈΠ½Π°ΡΡ, Π½ΠΈ ΠΎΡ Π²ΡΠ΅ΠΌΠ΅Π½ΠΈ ΠΈ ΡΠ°Π²Π½Ρ ΠΊΠ°ΠΊΠΎΠΌΡ-Π»ΠΈΠ±ΠΎ ΠΏΠΎΡΡΠΎΡΠ½Π½ΠΎΠΌΡ ΡΠΈΡΠ»Ρ, ΠΊΠΎΡΠΎΡΠΎΠ΅ ΠΎΠ±ΠΎΠ·Π½Π°ΡΠΈΠΌ — i2/ L2. Π Π°Π·ΠΌΠ΅ΡΠ½ΡΠ΅ Π²Π΅Π»ΠΈΡΠΈΠ½Ρ ΠΈ L Π²Π²Π΅Π΄Π΅Π½Ρ Π² ΡΡΡ ΠΏΠΎΡΡΠΎΡΠ½Π½ΡΡ Π΄Π»Ρ ΡΠΎΠ³ΠΎ, ΡΡΠΎΠ±Ρ i2 ΠΎΠΊΠ°Π·Π°Π»Π°ΡΡ Π±Π΅Π·ΡΠ°Π·ΠΌΠ΅ΡΠ½ΠΎΠΉ. ΠΠΎΡΡΠΎΠΌΡ Π·Π°Π΄Π°ΡΠ° ΡΠ²Π΅Π»Π°ΡΡ ΠΊ ΡΠ΅ΡΠ΅Π½ΠΈΡ Π΄Π²ΡΡ
ΠΎΠ±ΡΠΊΠ½ΠΎΠ²Π΅Π½Π½ΡΡ
Π΄ΠΈΡΡΠ΅ΡΠ΅Π½ΡΠΈΠ°Π»ΡΠ½ΡΡ
ΡΡΠ°Π²Π½Π΅Π½ΠΈΠΉ:
|
(1.42). |
Π Π΅ΡΠ΅Π½ΠΈΠ΅ ΠΏΠ΅ΡΠ²ΠΎΠ³ΠΎ ΡΡΠ°Π²Π½Π΅Π½ΠΈΡ ΠΈΠΌΠ΅Π΅Ρ Π²ΠΈΠ΄:
|
Bi = exp (- 2 i t/L2), | (1.43). |
Π° Π²ΡΠΎΡΠΎΠ³ΠΎ:
|
Ai = c1i sin (i x/L) + c2i cos (i x/L), | (1.44). |
Π³Π΄Π΅ c1i ΠΈ c2i — ΠΏΠΎΡΡΠΎΡΠ½Π½ΡΠ΅.
Π’Π°ΠΊ, ΠΊΠ°ΠΊ ΡΡΠ½ΠΊΡΠΈΠΈ i Π΄ΠΎΠ»ΠΆΠ½Ρ ΡΠ΄ΠΎΠ²Π»Π΅ΡΠ²ΠΎΡΡΡΡ Π³ΡΠ°Π½ΠΈΡΠ½ΡΠΌ ΡΡΠ»ΠΎΠ²ΠΈΡΠΌ (1.38) Π΄Π»Ρ Π»ΡΠ±ΡΡ
ΠΌΠΎΠΌΠ΅Π½ΡΠΎΠ² Π²ΡΠ΅ΠΌΠ΅Π½ΠΈ, ΡΠΎ ΡΡΠΎ Π²ΠΎΠ·ΠΌΠΎΠΆΠ½ΠΎ, Π΅ΡΠ»ΠΈ Ai ΡΠ΄ΠΎΠ²Π»Π΅ΡΠ²ΠΎΡΡΠ΅Ρ ΡΡΠΈΠΌ Π³ΡΠ°Π½ΠΈΡΠ½ΡΠΌ ΡΡΠ»ΠΎΠ²ΠΈΡΠΌ:
|
Ai(0) = 0, Ai(L) = 0.. | (1.45). |
ΠΠΊΠ°Π·ΡΠ²Π°Π΅ΡΡΡ, ΡΡΠΎ ΡΡΠΎ Π²ΠΎΠ·ΠΌΠΎΠΆΠ½ΠΎ Π½Π΅ Π΄Π»Ρ Π²ΡΠ΅Ρ
Π·Π½Π°ΡΠ΅Π½ΠΈΠΉ i, Π° Π΄Π»Ρ Π½Π΅ΠΊΠΎΡΠΎΡΡΡ
Π·Π½Π°ΡΠ΅Π½ΠΈΠΉ, ΠΊΠΎΡΠΎΡΡΠ΅ Π½Π°Π·ΡΠ²Π°ΡΡΡΡ ΡΠΎΠ±ΡΡΠ²Π΅Π½Π½ΡΠΌΠΈ Π·Π½Π°ΡΠ΅Π½ΠΈΡΠΌΠΈ. ΠΠ°ΠΉΠ΄Π΅ΠΌ ΠΈΡ
ΠΈΠ· Π³ΡΠ°Π½ΠΈΡΠ½ΡΡ
ΡΡΠ»ΠΎΠ²ΠΈΠΉ (1.44).
|
c1isin (0) + c2i cos (0) = 0, c1i sin (i ) + c2i cos (i ) = 0. | (1.46). |
ΠΡΠΊΡΠ΄Π° ΠΏΠΎΠ»ΡΡΠΈΠΌ:
|
c2i = 0, sin (i ) = 0, i = i, i = 0, 1, 2,…, | (1.47). |
Π° ΠΊΠΎΡΡΡΠΈΡΠΈΠ΅Π½ΡΡ c1i Π½Π΅ ΠΎΠΏΡΠ΅Π΄Π΅Π»Π΅Π½Ρ.
Π’ΠΎΠ³Π΄Π° ΡΠ΅ΡΠ΅Π½ΠΈΠ΅ Π·Π°Π΄Π°ΡΠΈ Π·Π°ΠΏΠΈΡΠ΅ΡΡΡ:
|
. | (1.48). |
ΠΠ»Ρ Π½Π°Ρ
ΠΎΠΆΠ΄Π΅Π½ΠΈΡ ΠΊΠΎΡΡΡΠΈΡΠΈΠ΅Π½ΡΠΎΠ² c2i ΠΈΡΠΏΠΎΠ»ΡΠ·ΡΠ΅ΠΌ Π½Π°ΡΠ°Π»ΡΠ½ΠΎΠ΅ ΡΡΠ»ΠΎΠ²ΠΈΠ΅ (1.32). ΠΠΎΠ»ΠΎΠΆΠΈΠ² Π² (1.48) t = 0 ΠΈ P (x, 0) = Pk, ΠΏΠΎΠ»ΡΡΠΈΠΌ:
|
1 — x/L = c1i sin (i x/L). | (1.49). |
Π£ΠΌΠ½ΠΎΠΆΠΈΠΌ ΠΎΠ±Π΅ ΡΠ°ΡΡΠΈ ΡΡΠ°Π²Π½Π΅Π½ΠΈΡ Π½Π° sin (j x) ΠΈ ΠΏΡΠΎΠΈΠ½ΡΠ΅Π³ΡΠΈΡΡΠ΅ΠΌ ΠΏΠΎ Π΄Π»ΠΈΠ½Π΅ ΠΏΠ»Π°ΡΡΠ°. ΠΡΠΈ ΡΡΠΎΠΌ Π²ΠΎΡΠΏΠΎΠ»ΡΠ·ΡΠ΅ΠΌΡΡ ΡΠΎΠΎΡΠ½ΠΎΡΠ΅Π½ΠΈΠ΅ΠΌ:
|
. | (1.50). |
Π’ΠΎΠ³Π΄Π°, ΠΏΠΎΡΠ»Π΅ ΠΈΠ½ΡΠ΅Π³ΡΠΈΡΠΎΠ²Π°Π½ΠΈΡ, Π² ΠΏΡΠ°Π²ΠΎΠΉ ΡΠ°ΡΡΠΈ Π²ΡΡΠ°ΠΆΠ΅Π½ΠΈΡ (1.49) ΠΈΠ· Π²ΡΠ΅Ρ
ΡΠ»Π°Π³Π°Π΅ΠΌΡΡ
ΠΎΡΡΠ°Π½Π΅ΡΡΡ ΡΠΎΠ»ΡΠΊΠΎ ΡΠ»Π°Π³Π°Π΅ΠΌΠΎΠ΅, Π² ΠΊΠΎΡΠΎΡΠΎΠΌ i = j, ΡΠΎ Π΅ΡΡΡ.
|
. | (1.51). |
ΠΎΡΠΊΡΠ΄Π° Π½Π°ΠΉΠ΄Π΅ΠΌ c1i:
|
. | (1.52). |
Π’ΠΎΠ³Π΄Π° ΡΠ΅ΡΠ΅Π½ΠΈΠ΅ ΠΏΠΎΡΡΠ°Π²Π»Π΅Π½Π½ΠΎΠΉ Π·Π°Π΄Π°ΡΠΈ Π·Π°ΠΏΠΈΡΠ΅ΡΡΡ:
|
. | (1.53). |
Π Π΄Π΅Π±ΠΈΡ Π² Π»ΡΠ±ΠΎΠΌ ΠΏΠΎΠΏΠ΅ΡΠ΅ΡΠ½ΠΎΠΌ ΡΠ΅ΡΠ΅Π½ΠΈΠΈ Π³Π°Π»Π΅ΡΠ΅ΠΈ Π½Π°Ρ
ΠΎΠ΄ΠΈΡΡΡ ΠΏΠΎ Π·Π°ΠΊΠΎΠ½Ρ ΠΠ°ΡΡΠΈ:
|
. | (1.54). |
Π Π°ΡΡΠ΅Ρ Π΄Π°Π²Π»Π΅Π½ΠΈΠΉ ΠΈ ΡΠ°ΡΡ
ΠΎΠ΄ΠΎΠ² Π²ΡΠΎΡΡΠΌ ΠΌΠ΅ΡΠΎΠ΄ΠΎΠΌ. ΠΠ΅ΡΠΎΠ΄ ΠΠΈΡΠ²Π΅ΡΠ΄ΡΠ½Π°
ΠΠ΅ΡΠΎΠ΄ ΠΎΡΠ½ΠΎΠ²Π°Π½ Π½Π° ΠΌΠ΅ΡΠΎΠ΄Π΅ ΠΏΠΎΡΠ»Π΅Π΄ΠΎΠ²Π°ΡΠ΅Π»ΡΠ½ΠΎΠΉ ΡΠΌΠ΅Π½Ρ ΡΡΠ°ΡΠΈΠΎΠ½Π°ΡΠ½ΡΡ
ΡΠΎΡΡΠΎΡΠ½ΠΈΠΉ, Π½ΠΎ Π±ΠΎΠ»Π΅Π΅ ΡΠΎΡΠ΅Π½. ΠΠ»Π°ΡΡ ΡΠ°ΠΊΠΆΠ΅ ΡΠ°Π·Π±ΠΈΠ²Π°Π΅ΡΡΡ Π½Π° Π²ΠΎΠ·ΠΌΡΡΠ΅Π½Π½ΡΡ ΠΈ Π½Π΅Π²ΠΎΠ·ΠΌΡΡΠ΅Π½Π½ΡΡ Π·ΠΎΠ½Ρ. ΠΠ»ΠΈΠ½Π° Π²ΠΎΠ·ΠΌΡΡΠ΅Π½Π½ΠΎΠΉ Π·ΠΎΠ½Ρ Π²ΡΡΠΈΡΠ»ΡΠ΅ΡΡΡ ΠΊΠ°ΠΊ. Π Π°ΡΠΏΡΠ΅Π΄Π΅Π»Π΅Π½ΠΈΠ΅ Π΄Π°Π²Π»Π΅Π½ΠΈΡ Π² Π²ΠΎΠ·ΠΌΡΡΠ΅Π½Π½ΠΎΠΉ Π·ΠΎΠ½Π΅ ΠΎΠΏΡΠ΅Π΄Π΅Π»ΡΠ΅ΡΡΡ ΠΏΠΎ ΡΠΎΡΠΌΡΠ»Π΅:
(1.60).
Π° ΡΠ°ΡΡ
ΠΎΠ΄ ΠΏΠΎ ΡΠΎΡΠΌΡΠ»Π΅:
(1.61).