4 svar
25 visningar
naytte behöver inte mer hjälp
naytte Online 7829 – Moderator
Postad: Idag 16:46 Redigerad: Idag 17:02

PDE med variabelseparation - varför kan man förkasta 2i?

Hej!

Jag håller på att läsa igenom ett exempel där man löser följande PDE med variabelseparation:

utt=c2uxxu(x,0)=f(x)ut(x,0)=g(x)u(0,t)=u(,t)=0\displaystyle \left\{\begin{array}{llll}u_{tt}=c^2u_{xx}\u(x,0)=f(x)\u_t(x,0)=g(x) \ u(0,t)=u(\ell,t)=0\end{array}\right.

Variabelseparation innebär att man ansätter ux,t=TtXxu\left(x,t\right)=T\left(t\right)X\left(x\right). Om vi gör detta inser vi att vi får två ODEs, där λ\lambda är en konstnat:

ttTtTt=c2xxXxXx=λ\displaystyle \frac{\partial_{tt}T\left(t\right)}{T\left(t\right)}=c^2\frac{\partial_{xx} X\left(x\right)}{X\left(x\right)}=\lambda

Om vi definierar Λ:=-λc2\Lambda :=-\frac{\lambda}{c^2} kan vi skriva om ekvationen med avseende på xx till:

Xx=aex-Λ-e-xΛ\displaystyle X\left(x\right)=a\left(e^{x\sqrt{ -\Lambda}}-e^{-x\sqrt{\Lambda}}\right)

där aa är någon konstant.

Om man stoppar in randvillkoren kommer man fram till att Λk=k2π22\Lambda_k = \frac{k^2\pi^2}{\ell^2}, för heltal kk, vilket ger att lösningen med avseende på xx ges av:

Xkx=akeikπx/-e-ikπx/=ak(2isinkπx)\displaystyle X_k\left(x\right)=a_k\left(e^{ik\pi x/\ell}-e^{-ik\pi x/\ell}\right)=a_k(2i\sin\frac{k\pi x}{\ell})

Nu står det i boken att man kan "discard" 2i2i framför sinus, men jag förstår inte varför. Vi försöker ju besätmma en särskild funktion XX som bestäms av vårt problem, så varför kan vi helt plötsligt bara bestämma att vi ska bortse från vissa delar av det som lösningen ger oss? aka_k är ju redan en bestämd funktion av kk så om vi tar bort 2i2i borde väl lösningen bli fel?

LuMa07 579
Postad: Idag 18:22 Redigerad: Idag 18:33

Ordet "discard" är nog väldigt olyckligt valt. Exempelvis vore "absorb" betydligt bättre.

Talen aka_k är godtyckliga komplexa konstanter vid det här läget (d.v.s. innan man ens börjat tänka på begynnelsevillkoren). Faktorn 2i2i är bara en konstant. Man kan lika gärna baka in denna konstant i de godtyckliga talen aka_k.

Jaha, så man tänker att man definierar en ny konstnat a~k:=2iak\tilde{a}_k := 2ia_k?

LuMa07 579
Postad: Idag 18:43

Exakt!

Okej, då är jag med.

Tack!

Svara
Close