Generalized initial-boundary problem for the wave equation with mixed derivative

Cover Page

Cite item

Abstract

We study an initial-boundary problem for a second-order inhomogeneous hyperbolic equation in a half-strip of the plane containing a mixed derivative with constant coefficients and zero or nonzero potential. This equation is the equation of transverse oscillations of a moving finite string. The case of zero initial velocity and fixed ends (Dirichlet conditions) is considered. It is assumed that the roots of the characteristic equation are simple and lie on the real axis on opposite sides of the origin. The classical solution of the initial-boundary problem is determined. In the case of zero potential, a uniqueness theorem for the classical solution is formulated and a formula for the solution is given in the form of a series consisting of contour integrals containing the initial data of the problem. Based on this formula, the concepts of a generalized initial-boundary value problem and a generalized solution are introduced. The main theorems on finite formulas for the generalized solution in the case of homogeneous and inhomogeneous problems are formulated. To prove these theorems, we apply an approach that uses the theory of divergent series in the sense of Euler, proposed by A.P. Khromov (axiomatic approach). Using this approach, on the basis of formulas for solutions in the form of a series, the formulated main theorems are proved. Further, as an application of the main theorems obtained, we prove a theorem on the existence and uniqueness of a generalized solution of the initial-boundary problem in the presence of a nonzero summable potential and give a formula for the solution in the form of an exponentially convergent series.

About the authors

V. S. Rykhlov

Saratov State University

Author for correspondence.
Email: RykhlovVS@yandex.ru
Saratov, Russia

References

  1. Бурлуцкая М.Ш., Хромов А.П. Резольвентный подход в методе Фурье// Докл. РАН. - 2014.- 458, № 2. -С. 138-140.
  2. Бурлуцкая М.Ш., Хромов А.П. Резольвентный подход для волнового уравнения// Журн. выч. мат. и мат. физ.- 2015.- 55, № 2.-С. 229-241.
  3. Колмогоров А.Н., Фомин С.В. Элементы теории функций и функционального анализа.- М.: Наука, 1976.
  4. Ломов И.С. Построение обобщённого решения смешанной задачи для телеграфного уравнения: секвенциальный и аксиоматический подходы// Дифф. уравн.-2022.- 58, № 11.- С. 1471-1483.
  5. Ломов И.С. Новый метод построения обобщённого решения смешанной задачи для телеграфного уравнения// Вестн. Моск. ун-та. Сер. 15. Вычисл. мат. и киберн. -2022.-№ 3. -С. 33-40.
  6. Ломовцев Ф.Е. Глобальнаятеорема корректностипервой смешанной задачи для общего телеграфного уравнения с переменными коэффициентами на отрезке// Пробл. физ., мат. и техн.- 2022.-№ 1.- С. 62-73.
  7. Маркушевич А.И. Теория аналитических функций. Том 1. Начала теории.-М.: Наука, 1967.
  8. Муравей Л.А., Петров В.М., Романенков А.М. О задаче гашения поперечных колебаний продольно движущейся струны// Вестн. Мордов. ун-та.-2018.- 28, № 4.-С. 472-485.
  9. аймарк М.А. Линейные дифференциальные операторы.- М.: Наука, 1969.
  10. Натансон И.П. Теория функций вещественной переменной. - М.: Наука, 1974.
  11. Рыхлов В.С. Разрешимость смешанной задачи для гиперболического уравнения с распадающимися краевыми условиями при отсутствии полноты собственных функций// Итоги науки и техн. Соврем. мат. и ее прил. -2022.- 204.- С. 124-134.
  12. Рыхлов В.С. Решение начально-граничной задачи для уравнения гиперболического типа со смешанной производной// В сб.: «Современные проблемы теории функций и их приложения: материалы 21-й межд. Саратовской зимней школы».- Саратов: Саратов. унив., 2022.- С. 252-255.
  13. Рыхлов В.С. О решении начально-граничной задачи для гиперболического уравнения со смешанной производной// В сб.: «Современные методы теории краевых задач: материалы межд. конф. “Понтрягинские чтения-XXXIII”». - Воронеж: ВГУ, 2022.-С. 237-240.
  14. Толстов Г.П. О второй смешанной производной// Мат. сб.-1949.- 24, № 1. -С. 27-51.
  15. Харди Г. Расходящиеся ряды. -М.: Иностр. лит., 1951.
  16. Хромов А.П. Поведение формального решения смешанной задачи для волнового уравнения// Журн. выч. мат. и мат. физ. -2016.-56, № 2.- С. 239-251.
  17. Хромов А.П. Расходящиеся ряды и функциональные уравнения, связанные с аналогами геометрической прогрессии// В сб.: «Современные методы теории краевых задач: материалы межд. конф. “Понтрягинские чтения- XXX”». -Воронеж: ВГУ, 2019.-С. 291-300.
  18. Хромов А.П. О классическом решении смешанной задачи для однородного волнового уравнения с закрепленными концами и нулевой начальной скоростью// Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Мат. Мех. Инф.- 2019.- 19, № 3.- С. 280-288.
  19. Хромов А. П. Расходящиеся ряды и смешанная задача для волнового уравнения// В сб.: «Математика. Механика. Вып. 21».- Саратов: Саратов. унив., 2019.- С. 62-67.
  20. Хромов А.П. Расходящиеся ряды и метод Фурье для волнового уравнения// В сб.: «Современные проблемы теории функций и их приложения: материалы 20-й межд. Саратовской зимней школы».- Саратов: Научная книга, 2020.- С. 433-439.
  21. Хромов А.П., Корнев В.В. Расходящиеся ряды в методе Фурье для волнового уравнения// Тр. Инст. Мат. Мех. УрО РАН. - 2021.- 27, № 4.-С. 215-238.
  22. Хромов А.П. Расходящиеся ряды и обобщённая смешанная задача для волнового уравнения// В сб.: «Современные проблемы теории функций и их приложения: материалы 21-й межд. Саратовской зимней школы».- Саратов: Саратов. унив., 2022.- С. 319-324.
  23. Хромов А.П. Расходящиеся ряды и обобщённая смешанная задача для волнового уравнения простейшего вида// Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Мат. Мех. Инф.-2022.-22, № 3.- С. 322-331.
  24. Эйлер Л. Дифференциальное исчисление. - М.: Л.: ГИТТЛ, 1949.
  25. Archibald F.R., Emslie A.G. The vibration of a string having a uniform motion along its length// J. Appl. Mech.- 1958.- 25, № 1.- С. 347-348.
  26. Mahalingam S. Transverse vibrations of power transmission chains// British J. Appl. Phys.- 1957.- 8, № 4. -С. 145-148.
  27. Sack R.A. Transverse oscillations in traveling strings// British J. Appl. Phys. -1954.-5, № 6.- С. 224- 226.

Copyright (c) 2023 Rykhlov V.S.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies