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偏微分方程:波动方程 / 混合问题

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混合问题 #

definition
{utta2uxx=0,Q={0<x<l,t>0}u(0,t)=u(l,t)=0,t>0u(x,0)=φ(x),0xlut(x,0)=ψ(x),0xl.\begin{cases} u_{tt}-a^2u_{xx}=0, & Q=\{0<x<l,t>0\}\\ u(0,t)=u(l,t)=0, & t>0\\ u(x,0)=\varphi(x), & 0\leqslant x\leqslant l\\ u_t(x,0)=\psi(x), & 0\leqslant x\leqslant l. \end{cases}

广义解 #

definition

u(x,t)C(QT)(QT=(0,l)×(0,T))u(x,t)\in C(\overline{Q_T}) (Q_T=(0,l)\times (0,T)) 为\hyperref[波动方程混合问题]{波动方程混合问题}的广义解, 当且仅当

对任意的 ζ(x,t)D={ζ(x,t)C2(QT):ζ(x,T)=ζt(x,T)=ζ(0,t)=ζ(l,t)=0}\zeta(x,t)\in\mathscr D=\{\zeta(x,t)\in C^2(\overline{Q_T}):\zeta(x,T)=\zeta_t(x,T)=\zeta(0,t)=\zeta(l,t)=0\} 下述等式恒成立

QTu(ζtta2ζxx)dxdt+0lφζt(x,0)dx0lψζ(x,0)dx=0.\iint_{Q_T}u(\zeta_{tt}-a^2\zeta_{xx})\text{d} x\text{d} t+\int_0^l\varphi\zeta_t(x,0)\text{d} x-\int_0^l\psi\zeta(x,0)\text{d} x=0.

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