Применение преобразования Фурье к решению уравнения теплопроводности

Рассмотрим применение преобразования Фурье для решения дифференциальной задачи в частных производных на примере задачи Коши для однородного уравнения теплопроводности

Применение преобразования Фурье к решению уравнения теплопроводности - student2.ru , Применение преобразования Фурье к решению уравнения теплопроводности - student2.ru -∞ < x < ∞, Применение преобразования Фурье к решению уравнения теплопроводности - student2.ru ,

Применение преобразования Фурье к решению уравнения теплопроводности - student2.ru .

Чтобы применить к этой задаче классическое преобразование Фурье, мы должны предположить, что эта задача имеет решение, которое удовлетворяет следующим условиям:

а) при любом фиксированном Применение преобразования Фурье к решению уравнения теплопроводности - student2.ru Применение преобразования Фурье к решению уравнения теплопроводности - student2.ru , Применение преобразования Фурье к решению уравнения теплопроводности - student2.ru , Применение преобразования Фурье к решению уравнения теплопроводности - student2.ru ;

б) функция Применение преобразования Фурье к решению уравнения теплопроводности - student2.ru имеет в каждом интервале Применение преобразования Фурье к решению уравнения теплопроводности - student2.ru интегрируемую мажоранту

Применение преобразования Фурье к решению уравнения теплопроводности - student2.ru

Последнее условие гарантирует корректность дифференцирования по параметру t под знаком интеграла функции Применение преобразования Фурье к решению уравнения теплопроводности - student2.ru . Применим к уравнению теплопроводности преобразование Фурье:

Применение преобразования Фурье к решению уравнения теплопроводности - student2.ru , Применение преобразования Фурье к решению уравнения теплопроводности - student2.ru , Применение преобразования Фурье к решению уравнения теплопроводности - student2.ru ,

Применение преобразования Фурье к решению уравнения теплопроводности - student2.ru .

Решение полученного обыкновенного дифференциального уравнения при заданном начальном условии хорошо знакомо: Применение преобразования Фурье к решению уравнения теплопроводности - student2.ru . Мы знаем, что Применение преобразования Фурье к решению уравнения теплопроводности - student2.ru , Применение преобразования Фурье к решению уравнения теплопроводности - student2.ru . Отсюда при Применение преобразования Фурье к решению уравнения теплопроводности - student2.ru имеем Применение преобразования Фурье к решению уравнения теплопроводности - student2.ru .

По формуле свертки

Применение преобразования Фурье к решению уравнения теплопроводности - student2.ru ,

и так как Применение преобразования Фурье к решению уравнения теплопроводности - student2.ru , то окончательно

Применение преобразования Фурье к решению уравнения теплопроводности - student2.ru .

Полученная формула решения называется интегралом Пуассона.

Наши рекомендации