Многомерное неавтономное эволюционное уравнение типа Монжа - Ампера

Автор: Рахмелевич Игорь Владимирович

Журнал: Владикавказский математический журнал @vmj-ru

Статья в выпуске: 1 т.25, 2023 года.

Бесплатный доступ

Исследовано многомерное неавтономное эволюционное уравнение типа Монжа - Ампера. Левая часть уравнения содержит первую производную по времени с коэффициентом, зависящим от времени, пространственных переменных и искомой функции, а правая часть - определитель матрицы Гессе. Получены решения данного уравнения с аддитивным и мультипликативным разделением переменных, и показано, что достаточным условием существования таких решений является возможность представления коэффициента при производной по времени в виде произведения функций от времени и от пространственных переменных. Также найдены решения в виде квадратичных полиномов по пространственным координатам в случае, когда коэффициент при производной по времени имеет вид функции, обратной линейной комбинации пространственных переменных с коэффициентами, зависящими от времени. Получено множество решений в виде разложения по функциям, зависящим от подмножеств пространственных переменных с коэффициентами, зависящими от времени, и найдены достаточные условия существования таких решений. Рассмотрены некоторые редукции исходного уравнения к обыкновенным дифференциальным уравнениям (ОДУ) в случаях, когда искомая функция зависит от суммы функций пространственных координат (в частности, суммы их квадратов) и функции времени; при этом используется функциональное разделение переменных. Также найдены редукции исходного уравнения к уравнениям в частных производных меньшей размерности. В частности, получены решения в виде функции времени и суммы квадратов пространственных координат, а также в виде суммы нескольких таких функций и найдены достаточные условия их существования.

Еще

Эволюционное уравнение, уравнение монжа - ампера, разделение переменных, редукция, обыкновенное дифференциальное уравнение, уравнение в частных производных

Короткий адрес: https://sciup.org/143179840

IDR: 143179840   |   УДК: 517.957   |   DOI: 10.46698/o3604-7902-1000-g

Multi-dimensional non-autonomous evolutionary equation of Monge-Ampere type

A multi-dimensional non-autonomous evolutionary equation of Monge-Ampere type is investigated. The left side of the equation contains the first time derivative with the coefficient depending on time, spatial variables and unknown function. The right side of the equation contains the determinant of Hessian matrix. The solutions with additive and multiplicative separation of variables are found. It is shown that a sufficient condition for the existence of such solutions is the representability of the coefficient of the time derivative as a product of functions in time and spatial variables. In the case when the time derivative coefficient is a function inverse to linear combination of spatial variables with coefficients depending on time, the solutions in the form of the quadratic polynomials in spatial variables is also found. The set of solutions in the form of the linear combination of functions of spatial variables with coefficients depending on time is obtained. Some reductions of the given equation to ordinary differential equations (ODE) in the cases when unknown function depends on sum of functions of spatial variables (in particular, sum of their squares) and function of the time are considered; in this case the functional separation of variables is used. Some reductions of the given equation to PDE of lower dimension are also found. In particular, the solutions in the form of function of the time and sum of squares of spatial variables as well as the solutions in the form of sum of such functions are obtained.

Еще

Список литературы Многомерное неавтономное эволюционное уравнение типа Монжа - Ампера

  • Polyanin A. D., Zaytsev V. F. Handbook of Nonlinear Partial Differential Equations, 2nd Ed. Boca Raton-London: Chapman and Hall/CRC Press, 2012. 1841 p.
  • Рождественский Б. Л., Яненко Н. Н. Системы квазилинейных уравнений и их приложения к газовой динамике. М.: Наука, 1978. 688 с.
  • Хабиров С. В. Неизэнтропические одномерные движения газа, построенные с помощью контактной группы уравнения Монжа - Ампера // Мат. сб. 1990. Т. 181, № 12. С. 1607-1622.
  • Шабловский О. Н. Параметрические решения уравнения Монжа -– Ампера и течения газа с переменной энтропией // Вестн. Томск. гос. ун-та. Матем. и мех. 2015. № 1(33). С. 105-118. DOI: 10.17223/19988621/33/11.
  • Погорелов А. В. Многомерное уравнение Монжа - Ампера. М.: Наука, 1988. 96 с.
  • Губерман И. Я. О существовании многих решений задачи Дирихле для многомерного уравнения типа Монжа - Ампера // Изв. вузов. Математика. 1965. № 4. С. 54-63.
  • Рахмелевич И. В. Многомерное уравнение Монжа - Ампера со степенными нелинейностями по первым производным // Вестн. Воронежского гос. ун-та. Сер. Физика. Математика. 2020. № 2. С. 86-98.
  • Ibragimov N. H. CRC Handbook of Lie Groups to Differential Equations. Vol. 1. Symmetries, Exact Solutions and Conservation Laws. Boca Raton, CRC Press, 1994. 429 p.
  • Рахмелевич И. В. О решениях двумерного уравнения Монжа - Ампера со степенной нелинейностью по первым производным // Вестн. Томск. гос. ун-та. Матем. и мех. 2016. № 4(42). С. 33-43. DOI: 10.17223/19988621/42/4.
  • Galaktionov V. A., Svirshchevskii S. R. Exact Solutions and Invariant Subspaces of Nonlinear Partial Differential Equations in Mechanics and Physics. Boca Raton: Chapman and Hall/CRC Press, 2006.
  • Gutierres C. E. The Monge - Ampere Equation. Boston: Birkhauser, 2001.
  • Taylor M. E. Partial Differential Equations III. Nonlinear Equations. N.Y.: Springer-Verlag, 1996.
  • Полянин А. Д., Журов А. И. Методы разделения переменных и точные решения нелинейных уравнений математической физики. М.: Изд-во ИПМех РАН, 2020. 384 с.
  • Фаддеев Д. К., Соминский И. С. Сборник задач по высшей алгебре. М.: Наука, 1977. 288 с.
Еще