3.3. Ecuaţia propagării căldurii

Σχετικά έγγραφα
CAPITOLUL 4 FUNCŢIONALE LINIARE, BILINIARE ŞI PĂTRATICE

V.7. Condiţii necesare de optimalitate cazul funcţiilor diferenţiabile

Curs 10 Funcţii reale de mai multe variabile reale. Limite şi continuitate.

Curs 4 Serii de numere reale

5. FUNCŢII IMPLICITE. EXTREME CONDIŢIONATE.

CURS METODA OPERAŢIONALĂ DE INTEGRARE A ECUAŢIILOR CU DERIVATE PARŢIALE DE ORDIN II

Planul determinat de normală şi un punct Ecuaţia generală Plane paralele Unghi diedru Planul determinat de 3 puncte necoliniare

SEMINAR TRANSFORMAREA LAPLACE. 1. Probleme. ω2 s s 2, Re s > 0; (4) sin ωt σ(t) ω. (s λ) 2, Re s > Re λ. (6)

(a) se numeşte derivata parţială a funcţiei f în raport cu variabila x i în punctul a.

Curs 14 Funcţii implicite. Facultatea de Hidrotehnică Universitatea Tehnică "Gh. Asachi"

a n (ζ z 0 ) n. n=1 se numeste partea principala iar seria a n (z z 0 ) n se numeste partea

Sisteme diferenţiale liniare de ordinul 1

Demodularea (Detectia) semnalelor MA, Detectia de anvelopa

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor X) functia f 1

Metode iterative pentru probleme neliniare - contractii

Definiţia generală Cazul 1. Elipsa şi hiperbola Cercul Cazul 2. Parabola Reprezentari parametrice ale conicelor Tangente la conice

( ) () t = intrarea, uout. Seminar 5: Sisteme Analogice Liniare şi Invariante (SALI)

CURS facultativ ELEMENTE DE TEORIA DISTRIBUŢIILOR

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor

SEMINAR 14. Funcţii de mai multe variabile (continuare) ( = 1 z(x,y) x = 0. x = f. x + f. y = f. = x. = 1 y. y = x ( y = = 0

DISTANŢA DINTRE DOUĂ DREPTE NECOPLANARE

Functii Breviar teoretic 8 ianuarie ianuarie 2011

Concurs MATE-INFO UBB, 1 aprilie 2017 Proba scrisă la MATEMATICĂ

STUDIUL REGIMULUITRANZITORIU AL CIRCUITELOR ELECTRICE

Asupra unei inegalităţi date la barajul OBMJ 2006

Seminariile Capitolul X. Integrale Curbilinii: Serii Laurent şi Teorema Reziduurilor

III. Serii absolut convergente. Serii semiconvergente. ii) semiconvergentă dacă este convergentă iar seria modulelor divergentă.

Conice. Lect. dr. Constantin-Cosmin Todea. U.T. Cluj-Napoca

Cursul Măsuri reale. D.Rusu, Teoria măsurii şi integrala Lebesgue 15


Ecuatii trigonometrice

Ecuaţia generală Probleme de tangenţă Sfera prin 4 puncte necoplanare. Elipsoidul Hiperboloizi Paraboloizi Conul Cilindrul. 1 Sfera.

Capitolul 4. Integrale improprii Integrale cu limite de integrare infinite

Integrala nedefinită (primitive)

T R A I A N ( ) Trigonometrie. \ kπ; k. este periodică (perioada principală T * =π ), impară, nemărginită.

ANALIZA SPECTRALĂ A SEMNALELOR ALEATOARE

Profesor Blaga Mirela-Gabriela DREAPTA

2.1 Sfera. (EGS) ecuaţie care poartă denumirea de ecuaţia generală asferei. (EGS) reprezintă osferă cu centrul în punctul. 2 + p 2

CAPITOLUL 1. În acest paragraf vom reaminti noţiunea de primitivă, proprietăţile primitivelor şi metodele generale de calcul ale acestora.

Analiza în curent continuu a schemelor electronice Eugenie Posdărăscu - DCE SEM 1 electronica.geniu.ro

R R, f ( x) = x 7x+ 6. Determinați distanța dintre punctele de. B=, unde x și y sunt numere reale.

Transformata Laplace

Ecuatii exponentiale. Ecuatia ce contine variabila necunoscuta la exponentul puterii se numeste ecuatie exponentiala. a x = b, (1)

SERII NUMERICE. Definiţia 3.1. Fie (a n ) n n0 (n 0 IN) un şir de numere reale şi (s n ) n n0

Conice - Câteva proprietǎţi elementare

7. PROTECŢIA LINIILOR ELECTRICE

Principiul Inductiei Matematice.

FACULTATEA DE MATEMATICĂ ŞI INFORMATICĂ SPECIALIZAREA: MATEMATICĂ LUCRARE DE LICENŢĂ. C 0 -Semigrupuri

Curs 2 Şiruri de numere reale

Curs 1 Şiruri de numere reale

riptografie şi Securitate

CONCURS DE ADMITERE, 17 iulie 2017 Proba scrisă la MATEMATICĂ

SEMINARUL 3. Cap. II Serii de numere reale. asociat seriei. (3n 5)(3n 2) + 1. (3n 2)(3n+1) (3n 2) (3n + 1) = a

ELEMENTE DE STABILITATE A SISTEMELOR LINIARE

1Ecuaţii diferenţiale

SEMINAR TRANSFORMAREA FOURIER. 1. Probleme

BARAJ DE JUNIORI,,Euclid Cipru, 28 mai 2012 (barajul 3)

Fig Impedanţa condensatoarelor electrolitice SMD cu Al cu electrolit semiuscat în funcţie de frecvenţă [36].

5.4. MULTIPLEXOARE A 0 A 1 A 2

EDITURA PARALELA 45 MATEMATICĂ DE EXCELENŢĂ. Clasa a X-a Ediţia a II-a, revizuită. pentru concursuri, olimpiade şi centre de excelenţă

Capitolul 3. Serii Fourier. a unei funcţii periodice de perioadă Dezvoltarea în serie Fourier

Laborator 11. Mulţimi Julia. Temă

5.5. REZOLVAREA CIRCUITELOR CU TRANZISTOARE BIPOLARE

Conf. Univ. Dr. Dana Constantinescu. Ecuaţii Diferenţiale. Elemente teoretice şi aplicaţii

Ovidiu Gabriel Avădănei, Florin Mihai Tufescu,

avem V ç,, unde D = b 4ac este discriminantul ecuaţiei de gradul al doilea ax 2 + bx +

Transformata Radon. Reconstructia unei imagini bidimensionale cu ajutorul proiectiilor rezultate de-a lungul unor drepte.

Metode de interpolare bazate pe diferenţe divizate


1.3 Baza a unui spaţiu vectorial. Dimensiune

Orice izometrie f : (X, d 1 ) (Y, d 2 ) este un homeomorfism. (Y = f(x)).

Sunt variabile aleatoare care iau o infinitate numărabilă de valori. Diagrama unei variabile aleatoare discrete are forma... f. ,... pn.

f(x) = l 0. Atunci f are local semnul lui l, adică, U 0 V(x 0 ) astfel încât sgnf(x) = sgnl, x U 0 D\{x 0 }. < f(x) < l +

Aplicaţii ale principiului I al termodinamicii la gazul ideal

Dreapta in plan. = y y 0

* K. toate K. circuitului. portile. Considerând această sumă pentru toate rezistoarele 2. = sl I K I K. toate rez. Pentru o bobină: U * toate I K K 1

Siruri de numere reale

( ) ( ) ( ) Funcţii diferenţiabile. cos x cos x 2. Fie D R o mulţime deschisă f : D R şi x0 D. Funcţia f este

Lectia VI Structura de spatiu an E 3. Dreapta si planul ca subspatii ane

ELEMENTE DE GEOMETRIA COMPUTAŢIONALĂ A CURBELOR Interpolare cu ajutorul funcţiilor polinomiale

z a + c 0 + c 1 (z a)

VII.2. PROBLEME REZOLVATE

sin d = 8 2π 2 = 32 π

a) (3p) Sa se calculeze XY A. b) (4p) Sa se calculeze determinantul si rangul matricei A. c) (3p) Sa se calculeze A.

Capitolul 9. Transformata Laplace. 9.1 Transformata Laplace

a. 11 % b. 12 % c. 13 % d. 14 %

2 Transformări liniare între spaţii finit dimensionale

Teorema Rezidurilor şi Bucuria Integralelor Reale

Progresii aritmetice si geometrice. Progresia aritmetica.

ECUAŢII DIFERENŢIALE ŞI ECUAŢII CU DERIVATE PARŢIALE CU APLICAŢII

Seminariile Capitolul IX. Integrale curbilinii

CURS VII-IX. Capitolul IV: Funcţii derivabile. Derivate şi diferenţiale. 1 Derivata unei funcţii. Interpretarea geometrică.

Toate subiectele sunt obligatorii. Timpul de lucru efectiv este de 3 ore. Se acordă din oficiu 10 puncte. SUBIECTUL I.

O generalizare a unei probleme de algebră dată la Olimpiada de Matematică, faza judeţeană, 2013

Funcţii Ciudate. Beniamin Bogoşel

COLEGIUL NATIONAL CONSTANTIN CARABELLA TARGOVISTE. CONCURSUL JUDETEAN DE MATEMATICA CEZAR IVANESCU Editia a VI-a 26 februarie 2005.

6 n=1. cos 2n. 6 n=1. n=1. este CONV (fiind seria armonică pentru α = 6 > 1), rezultă

Problema a II - a (10 puncte) Diferite circuite electrice

FENOMENE TRANZITORII Circuite RC şi RLC în regim nestaţionar

CAPITOLUL 1 CURBE ÎN PLAN

Transcript:

3 ECUAŢII γ k + k iar din (34 rezuă că a 4Aω δ k (k + + a + (k+ (k+ ω deci 4Aω δ k + a a (k + (k+ ω Conform (9 souţia probemei considerae va fi 4Aω a w ( sin( sin( k+ k+ + a k a (k+ (k+ ω 4Asinω + sin(k+ k a (k+ (k+ ω 33 Ecuaţia propagării cădurii Ecuaţia propagării cădurii ese o ecuaţie de ip paraboic Deşi ese o ecuaţie reaiv simpă ese înâniă şi în sudiu aor fenomene În panu Ou considerăm o bară reciinie omogenă şi izoropă conducăoare de cădură siuaă pe aa O Noăm cu u ( emperaura înr-un punc M ( a barei a momenu Fie ρ densiaea barei c cădura specifică a barei k coeficienu de conducţie ermică În viruea ipoezeor fizice acese mărimi sun consane nu depind de Fie de asemenea F( inensiaea sursei ermice în puncu M a momenu Cacuând bianţu ermic corespunzăor în inervau de imp [ + Δ ] şi ţinând seama de egea ui Fourier se poae arăa că funcţia u saisface ecuaţia u k + F cρ care se mai poae scrie sub forma u a + f( ( k F( unde a > şi f( Cazu f ( indică ipsa surseor ecuaţia cρ cρ corespunzăoare fiind sabiiă de Fourier în 8 Ca şi în cazu ecuaţiei undeor penru descrierea compeă a procesuui de propagare a cădurii rebuie să fie dae disribuţia iniţiaă a emperaurii în bară (condiţia iniţiaă şi regimu ermic a capeee barei (condiţii a imiă

3 Ecuaţii cu derivae parţiae de ordinu a doiea 33 33 Propagarea cădurii înr-o bară infiniă Considerăm o bară infiniă omogenă izoaă ermic idenificaă cu aa O care are a momenu iniţia emperaura ϕ ( Fie u ( emperaura barei în puncu de abscisă a momenu > Probema maemaică consă în deerminarea funcţiei u care saisface ecuaţia u a ( cu condiţia iniţiaă u ( ϕ( (3 Probema ( (3 se numeşe probema ui Cauchy penru ecuaţia cădurii Vom admie că im u ( im ( (4 Acese ipoeze nu conravin fenomenuui fizic Penru rezovarea probemei de mai sus vom foosi ransformaa Fourier Presupunem că funcţiie u şi ϕ sun suficien de neede penru a admie ransformaă Fourier Fie v( ω ransformaa Fourier a funcţiei u u( şi Φ ( ω ransformaa Fourier a funcţiei ϕ ϕ( deci i v( ω u( e ω d iω ( ω ϕ( e d Foosind formua de derivare a inegraei cu parameri rezuă iω ( ω ( d e Pe de aă pare inegrând de două ori prin părţi şi foosind (4 obţinem succesiv iω e iω v( ω u( + ( e d -iω iω iω e u iω ( + ( e d iω -iω iω Φ u i ( d e ω ( ω Aşadar avem reaţiie u i ( d ( e ω ω v

34 ECUAŢII iω ( e d ( Având în vedere că u verifică ecuaţia ( rezuă că u iω a e d a ω + v Am obţinu asfe o ecuaţie diferenţiaă a cărei souţie generaă ese a ω v( ω Ce Cum iω v( ω ϕ( e d ( ω Φ rezuă că a ω v( ω Φ( ω e (5 Pe de aă pare am sabii în cap 5 că ransformaa Fourier a funcţiei ω ω 4 α > ese e α a ω 4α a Noând α rezuă că e e deci ω e α 4a e ransformaa Fourier a funcţiei f( a a ω Aunci Φ( ω e ese ransformaa Fourier a produsuui de convouţie ( ξ e α ( ϕ f( ϕξ ( e dξ a Rezuă că ( ξ u ( ϕ( ξ e dξ a În consecinţă ( ξ u ( ϕ( ξ e d a ξ (6 formuă cunoscuă sub numee formua inegraă Poisson Să considerăm acum cazu dacă < ε ϕ( ε dacă ε deci ϕ se anuează în afara inervauui ( ε + ε iar în inerioru acesui inerva emperaura are vaoare consană Disribuţia emperaurii în bară a momenu ese daă de formua ui Poisson care în cazu de faţă devine + ε ( ξ ( e d u a ξ ε ε Foosind formua de medie rezuă că eisă ξ ( ε + ε asfe încâ ese

3 Ecuaţii cu derivae parţiae de ordinu a doiea 35 Aunci u ( ( ξ e ε a ε ( im u ( e G ( ε a Pe de aă pare observăm că dacă im ϕ( δ( ε dacă unde δ ese funcţia generaizaă a ui Dirac Din punc de vedere fizic aceasă siuaţie corespunde unei surse insananee de cădură în puncu Temperaura înr-un punc oarecare a barei a momenu ese daă de ( G ( e a În fig 3 reprezenăm grafic funcţia penru câeva vaori ae ui ( < < < G 3 Aceasă epresie dă disribuţia emperaurii în bară când a momenu iniţia apare în puncu o sursă insananee de cădură Vom puea spune că formua ui Poisson dă efecu oa a disribuţiei iniţiae de emperaură definiă de funcţia ϕ efec care rezuă din însumarea acţiunior unor surse insananee de cădură răspândie pe oaă bara Eempu Să presupunem acum că c dacă [ ] ϕ( dacă [ ] Din formua ui Poisson obţinem ( ξ u ( ce dξ a ξ Făcând schimbarea de variabiă μ rezuă că a a c (7 a u ( e μ dμ 3 O Fig 3

36 ECUAŢII Aceasă souţie se poae eprima cu ajuoru funcţiei ui Lapace Reaminim că funcţia ui Lapace se defineşe asfe L ( e d Se verifică imedia că funcţia L ese impară L ( şi L( Aceasă funcţie ese mu uiizaă în Teoria Probabiiăţior şi de aceea ese abeaă Cu ajuoru funcţiei ui Lapace souţia (7 se scrie c u ( L L a a 33 Propagarea cădurii în bara finiă Probema maemaică a care conduce sudiu propagării cădurii în bara finiă se poae formua în modu urmăor Să se deermine souţia ecuaţiei cu derivae parţiae u a ( cu condiţiie a imiă u( u( [ ( şi condiţia iniţiaă u ( ϕ( [ ] (3 Conform condiţiior a imiă ( emperaura în capeee barei ese nuă iar condiţia iniţiaă (3 indică fapu că a momenu iniţia de imp emperaura barei se eprimă prin funcţia ϕ Vom presupune că funcţia ϕ ese nenuă şi coninuă pe inervau [ ] Din ( şi (3 rezuă că funcţia ϕ rebuie să saisfacă egaiaea ϕ ( Ca şi în cazu coardei vibrane finie vom foosi meoda separării variabieor a ui Fourier însoţiă de principiu suprapunerii efeceor Căuăm souţii ae ecuaţiei ( de forma u ( X( T ( (4 Din condiţiie a imiă ( deducem X( T( X ( T ( penru orice > Aunci X( X( (5 deoarece în caz conrar ar rezua T ( penru orice > deci u ( ceea ce conravine condiţiior iniţiae Punând condiţia ca funcţia u daă de (4 să verifice ecuaţia ( obţinem X ( T ( a X ( T( [ ] [ sau

3 Ecuaţii cu derivae parţiae de ordinu a doiea 37 X ( T ( [ ] [ X ( a T( Aunci X ( T ( μ X( a T( unde μ ese o consană reaă Obţinem asfe două ecuaţii diferenţiae: X ( μ X( (6 T ( μa T( (7 Vom arăa că ecuaţia (7 are souţii nenue numai dacă μ < Înr-adevăr souţia generaă a acesei ecuaţii ese a T ( Ce μ Dacă μ > aunci T ( când deci pornind cu o anumiă disribuţie a emperaurii în bară când creşe vaoarea absouă a emperaurii ar puea depăşi orice vaoare poziivă fap inaccepabi din punc de vedere fizic Penru μ T s-ar reduce a o consană adică emperaura ar rămâne aceeaşi în orice punc a barei fap de asemenea inaccepabi Prin urmare μ λ < şi souţia generaă a ecuaţiei (7 devine a T ( Ce λ (8 Pe de aă pare în aces caz ecuaţia caracerisică a ecuaţiei diferenţiae (6 ese r + λ deci souţia generaă a acesei ecuaţii va fi X ( C cosλ+ D sinλ (9 Din (5 deducem C X( şi D sin λ X( Cum D penru că afe am ajunge a souţia nuă rezuă că sin λ deci λ n n În fina rezuă că ecuaţia (6 cu condiţiie a imiă (5 are o infiniae de souţii n X n( Dn sin n Penru fiecare n souţia corespunzăoare a ecuaţiei (7 ese a n T ( Cn e Noând An Cn Dn rezuă că funcţiie de forma (4 care verifică ecuaţia ( şi condiţiie a imiă ( sun a n un( Xn( Tn( An e sinn n Apicând principiu suprapunerii efeceor rezuă că a n u ( An e sinn ( n ese souţia ecuaţiei ( cu condiţiie a imiă ( Rămâne să deerminăm consanee A n din condiţia iniţiaă (3 Din aceasă condiţie rezuă că ϕ( u ( An sinn n

38 ECUAŢII Preungind prin impariae funcţia ϕ :[ ] pe inervau [ ] şi dezvoând aceasă preungire în serie de sinuşi obţinem An ( sin n d ϕ n ( Aşadar souţia probemei (-(3 ese furnizaă de ( unde coeficienţii A n sun daţi de ( 333 Bara neomogenă Probema maemaică care guvernează fenomenu ese descrisă de ecuaţia u a + F( ( cu condiţiie a imiă u( u( [ ( şi condiţia iniţiaă u ( f ( [ ] (3 Căuăm o souţie a ecuaţiei ( de forma u ( v ( + w ( (4 unde funcţia v saisface ecuaţia cu derivae parţiae omogenă v a (5 cu condiţiie a imiă v( v( [ (6 şi condiţia iniţiaă v ( f ( [ ] (7 iar funcţia w saisface ecuaţia cu derivae parţiae w w a + F( (8 cu condiţiie a imiă w( w( [ (9 şi condiţia iniţiaă w ( [ ] ( Deerminarea souţiei probemei (-(3 ese rezovaă o daă cu deerminarea funcţiior v şi w saisfăcând (5-(7 respeciv (8-( Înr-adevăr ( v+ w w v w + a + a + F( ( v+ w u a + F( a + F( şi