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
, -∞ < x < ∞, ,
.
Чтобы применить к этой задаче классическое преобразование Фурье, мы должны предположить, что эта задача имеет решение, которое удовлетворяет следующим условиям:
а) при любом фиксированном , , ;
б) функция имеет в каждом интервале интегрируемую мажоранту
Последнее условие гарантирует корректность дифференцирования по параметру t под знаком интеграла функции . Применим к уравнению теплопроводности преобразование Фурье:
, , ,
.
Решение полученного обыкновенного дифференциального уравнения при заданном начальном условии хорошо знакомо: . Мы знаем, что , . Отсюда при имеем .
По формуле свертки
,
и так как , то окончательно
.
Полученная формула решения называется интегралом Пуассона.