Нахождение неизвестной быстро осциллирующей правой части в многомерной гиперболической системе первого порядка

Автор: Бабич Павел Васильевич

Журнал: Владикавказский математический журнал @vmj-ru

Статья в выпуске: 1 т.24, 2022 года.

Бесплатный доступ

В работе рассматривается задача Коши с нулевым начальным условием для многомерной линейной гиперболической системы дифференциальных уравнений первого порядка с постоянными коэффициентами и быстро осциллирующей по времени правой частью. Каждая компонента последней является произведением двух функций, одна из которых зависит только от пространственной переменной, а вторая - только от временной и "быстрой временной" переменных. Функции-сомножители, зависящие от пространственной переменной, известны, а зависящие от времени быстро осциллирующие сомножители неизвестны. Поставлена и решена обратная коэффициентная задача о восстановлении последних по некоторым дополнительным сведениям о частичной асимптотике решения задачи Коши в том случае, когда правая часть системы известна (прямая задача). Эти дополнительные сведения состоят в задании значений нескольких первых коэффициентов асимптотики, вычисленных в определенной точке пространства. Такой вид условия переопределения (дополнительного условия) отличает постановку обратной задачи от постановки, используемой в классической теории обратных коэффициентных задач, где условия переопределения ставятся на точное решение. Таким образом, в работе постановка и решение обратной задачи предваряются решением задачи, состоящей в построении и обосновании частичной асимптотики решения. На этом этапе, в частности, определяется, сколько первых коэффициентов асимптотического разложения решения будет задействовано в условии переопределения обратной задачи. Отметим еще, что эволюционные задачи с быстро осциллирующими данными играют важную роль в математике и ее приложениях уже потому, что моделируют многие физические процессы; к примеру, связанные с высокочастотными механическими, электромагнитными или иными колебаниями. При этом вопрос о построении для таких задач нескольких первых членов асимптотики решения нередко является существенно более простым, нежели построение собственно решения (а также вычисленние его значений в нужных точках). Поэтому развитие для быстро осциллирующих задач теории обратных коэффициентных задач представляется несомненно актуальным.

Еще

Уравнения с частными производными, гиперболические системы, быстро осциллирующая правая часть, асимптотика решения, обратная задача

Короткий адрес: https://sciup.org/143178522

IDR: 143178522   |   УДК: 517.955.8

Finding an unknown rapidly oscillating right-hand side in multidimensional first-order hyperbolic system

The paper considers the Cauchy problem with a zero initial condition for a multidimensional linear hyperbolic system of first-order differential equations with constant coefficients and a right-hand side rapidly oscillating in time. Each component of the latter is a product of two functions, one of which depends only on the spatial variable, and the second only on the temporal and ``fast temporal'' variables. The the multiplier functions that depend on the spatial variable are known, but the time-dependent, rapidly oscillating multiplier are unknown. The inverse coefficient problem of recovering the latter from some additional information on the partial asymptotics of the solution of the Cauchy problem in the case when the right-hand side of the system is known (direct problem) is posed and solved. This additional information consists in setting the values of the first few asymptotic coefficients calculated at a certain point of the space. This type of overdetermination condition (additional condition) distinguishes the statement of the inverse problem from the one used in the classical theory of inverse coefficient problems, where the overdetermination conditions are imposed on the exact solution. Thus, the formulation and solution of the inverse problem is preceded by the solution of the problem, which consists in constructing and justifying the partial asymptotics of the solution. At this stage, in particular, it is determined how many first coefficients of the asymptotic expansion of the solution will be used in the condition of redefining the inverse problem. We also note that evolutionary problems with rapidly oscillating data play an important role in mathematics and its applications, already because they simulate many physical processes; for example, associated with high-frequency mechanical, electromagnetic or other vibrations. Moreover, the question of constructing for such problems the first few terms of the asymptotics of the solution is often much simpler than constructing the solution itself (and also calculating its values at the required points). Therefore, the development of the theory of inverse coefficient problems for rapidly oscillating problems seems to be undoubtedly relevant.

Еще

Список литературы Нахождение неизвестной быстро осциллирующей правой части в многомерной гиперболической системе первого порядка

  • Лаврентьев М. М., Резницкая К. Г., Яхно В. Г. Одномерные обратные задачи математической физики.—Новосибирск: Наука, 1982.—88 с.
  • Денисов А. М. Обратные задачи математической физики.—М.: МГУ, 1984.
  • Романов В. Г. Введение в теорию обратных задач.—М.: Наука, 1994.—260 с.
  • Lavrentiev M. M. Inverse Problems of Mathematical Physics.—Utrecht: VSP, 2003.
  • Денисов А. М. Асимптотика решений обратных задач для гиперболического уравнения с малым параметром при старшей производной // Журн. вычисл. матем. и мат. физики.—2013.—Т. 53, № 5.—С. 744-752. Б01: 10.7868/80044466913050049.
  • Камынин В. Л. Обратная задача одновременного определения правой части и младшего коэффициента в параболическом уравнении со многими пространственными переменными // Мат. заметки.—2015.—Т. 97, № 3.—С. 368-381. Б01: 10.4213/ш2ш10499.
  • Денисов А. М. Задачи определения неизвестного источника в параболическом и гиперболическом уравнениях // Журн. вычисл. матем. и мат. физики.—2015.—Т. 55, № 5.—С. 830-835. Б01: 10.7868/80044466915050087.
  • Бабич П. В., Левенштам В. Б., Прика С. П. Восстановление быстро осциллирующего источника в уравнении теплопроводности по асимптотике решения // Журн. вычисл. матем. и мат. физики.— 2017.—Т. 57, № 12.—С. 1955-1965. Б01: 10.7868/80044466917120079.
  • Бабич П. В., Левенштам В. Б. Восстановление быстро осциллирующего свободного члена в многомерном гиперболическом уравнении // Мат. заметки.—2017.—Т. 57, № 12.—С. 1955-1965. Б01: 10.4213/ш7ш12151.
  • Бабич П. В., Левенштам В. Б. Восстановление быстро осциллирующей правой части волнового уравнения по частичной асимптотике решения // Владикавк. мат. журн.—2020.—Т. 22, № 4.—С. 2844. Б01: 10.46698^0301-1959-8380^.
  • Левенштам В. Б. Параболические уравнения с большим параметром. Обратные задачи // Мат. заметки.—2020.—Т. 107, № 3.—С. 412-425. Б01: 10.4213/ш2ш12245.
  • Эванс Л. К. Уравнения с частными производными. Университетская серия. Т. 7.—Новосибирск: Тамара Рожковская, 2003.—562 с.
Еще