Kolokwium 2, grupa pi¸

atkowa 1, 2009

Zadanie 1 Rozwi¸

aż zagadnienie



u



tt = uxx + t2 − x2, u = u(x, t), x ∈ R, t > 0



u(x.0) = 0





ut(x, 0) = x2

Zadanie 2 Rozważmy zagadnienie (

ut(x, t) = ∆xu(x, t) + h(x, t), x ∈ Rn, t > 0

u(x, 0) = f (x),

gdzie f i h s¸

a funkcjami ograniczonymi klasy C2. Wykaż, że jeśli funkcje: f oraz h zbiegaj¸

a do zera w normie supremum, to również funkcja u zbiega do zera w normie supremum (ci¸

ag la zależność rozwi¸

azania u od danych).

Zadanie 3 Za lóżmy, że funkcja u : Rn → R spe lnia równanie przewodnictwa:

ut − ∆xu = 0, u = u(x, t), x ∈ Rn, t > 0

i niech dana b¸edzie funkcja g ladka f : R → R. Jaki warunek musi spe lniać funkcja f , aby funkcja

v(x, t) = f (u(x, t))

a) także spe lnia la równanie przewodnictwa vt − ∆xv = 0, b) spe lnia la nierówność różniczkow¸

a vt − ∆xv ≥ 0?

1

Rozwi¸

azania

Zadanie 1 Rozwi¸

azanie jest standardowe. Naj latwiej podtawić: 1

1

u(x, t) = w(x, t) +

t4 +

x4

12

12

i zauważyć że wtedy wtt = wxx.

Do w stosujemy wzór D’Alemberta.

Rozwi¸

azanie:

(x + t)4 + (x − t)4

1

1

x4

t4

u(x, y) = −

+

(x + t)3 −

(x − t)3 +

+

.

24

6

6

12

12

Zadanie 2 Zachodzi zbieżność jednostajna na zbiorach Rn × [0, T ], nato-miast na zbiorze Rn × R nie ma zbieżności. Kontrprzyk lad: u(x, t) = t.

Zadanie 3 a) f musi być liniowa b) f musi być wkl¸es la.

1