giải phương trình laplace trong miền ngoài của quả cầu

29 753 0
giải phương trình laplace trong miền ngoài của quả cầu

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

trình bày về giải phương trình laplace trong miền ngoài của quả cầu

£' '/' ~l.({(ht Chu'dng '0 ,~, Yrl;/& (tJao ,//' c/~{t;JIc/& 36 200/ Cf9c '" (i7;' ,,//ItNt;f CY/':; Ft? , , GIAI PHUdNG TRINH LAPLACE ~, ,., , ~ TRONG MIEN NGOAI CUA QUA CAU , ' I Ma DAlJ: Xel b,li l()(1ngia lri bien Dirichlel cua phlWng ldnh Laplace d6i vdi mot mi6n D (lIdl1lien va bi ch~n): LlU(X)= 0, \iXEW\i5 HeX) lit') r 1:1ham s6lien =rex), LlXEaD t~lc tren aD -DE chC(ng minh gl)n ma khong mat llnh l6ng quc1t,trong Chl(elng chung loj xel mi6n D la qua diu deJn vi B={XER" : x < I} vdi bien la a13={ I I x E R": x < I} khong gian RII vdi n~ I I -Bai loan gia lr! bien Dirichlet mi6n ngoai se c6 nhi€u nghi~m.Trong cac Sc1chgiao khoa,ngl(oi ta thl(Ong them tlnh chat CI}th~ cua u vung vo q(c lhl mdi xac lIinh dl(l}C bi~u thac cua u.Trong chuang ,chung toi l1l(a fa ml)t dang nghiQI11u1ng qm1t dll cIll(a 1'0tinh ch~fl cua 1I0 vo c~(c -N(ji dung cua dll(ling dlCl;5C tdnh bay d~t'a theo bai ban IS] II lYIQTs6 DJNH NGHIA vA DJNH LY Dilll, if' : Xel mi2n = 13 (0,1') \ {O} = {x E nn : < x < r}, vdi r> D Khi lIl) lc1nlc.lih~ng so c c6 cae tlnh chat sall : C E (0, I) Ml)i h2\1111i6uhoa c dlCOngu xac l1inh tren Q d€u th6a \ix, Y E 13 (o,~), Ixi = Iy\=> clI(y) < u (x) Clul thich: Hang sf) c khong ph\! thuoc ham di6u boa u Clllfllg mill" - Gl)i K IA m~t ceiu ban ldnh ~ (tac K =~ S) lhl K la t~p col11pacttrong O Theo l1inh 1)/Harnack thl tl1n t~\i h~ng s6 c E (0, 1) co tinh chat J;L(1 It 'jrt~t-(&to dt;c 37 200/ C U(Y) Jfiu;}IbJt- ,9'h{Wth- % < U(X) VtJi nH}ih~lIndi~ll hoa dl((jng II xac djnh tfen Q va v6i x, Y E K Cui t lllY Y thuoc (0, 1) va u 13ham di~u hoa dlf0ng tfen n - H~l1n s(1 x -1- u (tx) cung 13 ham di~u hoa duong tren n, d6 eung tho a bat dang lh(ic tren, t(ic la CU(ly) < u(tx) i M6i x E S se tl(ong (ing nhat mot ph~n to' tx E ~ S, d6 eu (y) < u (x) - Ta thay r '\Ix, y E - S , tr '\Ix, Y E - S , ~ c6 lh~ c6 gia lrj bat k5' khoang (o,~) ne'u t dtiQC chqn thich ht.ip (0, I) Do d6 '\Ix, Y E B (o,~), I x I = I y I=>eu (y) < u (x) 2) Villh If': Gi~i sli II : Rli -1- Ria ham di~u hoa tren B\{O}={XERII : 0< Ham sf) A[ullren Vdi x Y I x < I} I B\{O} ducjc d1nh nghla nhl( sall: thuQc B\{O}, A[uJ(x) la gia tr1 trung blnh eua ham u tren m~t diu b,1n Idnh lxi, tuc la Alul(x):= twile 111-l fu(y)dS(y) mix! lyl=lxl AluJ(x) := ~ fu~xl~}lS(~) 1~I=l trung lit) w la di~n rich cua m~t du don vi Khi l16 AluJ co bi~ll thue nhu sau : Tncc'lnghejp n = 2: l Yiui /1 'Prl~t' ~o ~~c 38 200/ Alu!(x)=b(-Inlxl)+c, /1j;?J/Zn ,9'~tV/t~ 'r:i VXE B\ {O} trung d6 b, c IA h~ng so - TnCongh(Jpn > : Alul(x)=b IxI2-11+C,VXEB\{O} 11, IAhhng so c CIll£llg lIlillh Xet ham so f : (0,1) ~ R dlCU= (do u la ham di~u boa) Suy f =-~ (V'lI)(~)dS(~) ~) r()S + f (\7u)(~)dS(~) ~ =0 1'1 S f Do d() , ~,s I~ (Vu)(~)dS(~):::: f ~S l~ I (Vu)(~)dS(~) Tl'( dJng lhere li~n tren, ta suy fa 'Vr E (0, I), f~ r rS (Vu)(~)ds(~) = h~ng sO' (h~ng sO'nay c1u~:!c Qi la kl) g - 1'1:(bi~u th(fc clh 1"(r) (j tren, ta SHYra fer) = k1 rl-n, 'Vr E (0,1) Do d6 k [In r + k2 neu n:::: k Ir2-11+ k) 1'(r) ::: neu n> J Ma Alulex) = ~f(lxl), SHYra Alul (x) c6 bi~u thac nhtI' phat bi~u (rang 0) c1jnh ly 11.2 (p ,J u(h, '/:'(0 ;/(/;/t c.iJ/' l-5ao Ol9C f 40 200/ - ~ './(p';jIMb ('::5,- o;/~ !3hCVlth- f/ tt 3) Djllh Ii : Gic1slt ham so th~(eu co cae tinh eha't salt: i) Lila ham oi~u boa tren B\{O}={XE RI1:0ug lren B(D,~) am G(.>iL == inf {w(x): x E B\{O}} l'{)n lai day {ad lwng B \{O} saD cho w (ad -7L k -7 Day [a"J BallI trung t~p compact 00 B nen t6n t~1iday {bd hOi l~1v~ b E D Tn('1ug IH.fpbEB\{O}: Ilam di~u boa w d'.ll clfc li6u x == b, lheo nguyen Iy c~tcti6u lhl w la ham hang lren B\{O}, w c6 gia ld khong am trang 13(o,~) nen suy L ~ O Tn('jng IH.fp bEGB : w(b)=D nen L = D Tn(Ojugh(}pb == : w khC>ng lren B(o,f) am nen L ~ O Ta 11IC>u L ~ 0, d6 w khong am lren B\{O} d) V~y la Cl) lI(X) Ihide - - (1) cAlul(x) ~ 0, '\Ix E B \{O} 2: (ChCrng minh HeX) - Alul(x) ~ 0, '\Ix E B \ {O}) Cluj \ lll: If! clay s6 dlfC}C c1jnh nghla bai lu == c 1,==c+lu(l-c) IIlI == c + llll._1(I - c) (2) Tl( l" ==c E (0, 1) la SHYHI lJ > va tl < c + (l - c) ==1, tltc t[ E (0, I) Bang ljUY IH,'P, la c6 till E (0, I) vdi ll1l)i Il1 EN > 0, d6 day {tm}tang, d6ng thai clay hi ch~n biji I Hen hoi tl,lv~ gidi IH,ln ta gqi la ma Ta U) tlll - tlll-J == C (1 - till-I) Cho 111 )-00, ll( (5.2) SHYra I ==c + t (l - c) ;; "'/) fUll ,~jtf(/( tIll ',,/' ,)1oc 42 : !{,i(J/ -)0 (3) I m -)0 00 Xel day ham {wm} yoi Will= U -tm - /(y; ~yg1t ?-ZUltlt 'Yci =1 l v ~y '(Jew Ta lh,l'y Wm - cA\wm] =u -tm = II - A[ul ' Alul cA [u -lmAlu]! tmAIu I - cA Ill! + rImAIIII =u-lc+tm(l-c)IAlunl =U-tlllt-1A\Llml = Wm+l n'rcla WII1+1 =wn-cAlwnl - Thcl) kel qLl21 d bt(dc I thl ham di~Ll hoa Wo khong am tren B\{ ()} (I) Ap dl,lI1gkc't LlU21I) Jai vdi ham W()thl Ol((,iC ( tinh chflt khong am clla ham WI tren13\{O:, Bang Lluy n"Lp, ta suy ham Wm kh6ng am tren B\{O} vdi mQi so' nguycn dll\!ng 111 , tLtCla W11l(X) u(x) - tmAlul(x) ~ 0, \imE N ,\ixE B\{O} = Clio Il) -} 00 thl tm -)0 (uo (3)), u(x)-AllIj(X)~O, sLoe (4) \ix E 13\{0} IhiO'c : (Chang minh u Giil suy = AluJ) It'\n ti;li Xu E B\ {O} san cho u(xo) > Alu](xo) Do u lien t~IC[(.IiXonen t6n li;limOt Ian c~n V clla Xosao cho HeX)> A[u](xo) , \iXEV, M~l kllac, theo ket qua (4) d bt(dc ta co lI(X)~ Alul(xo) , \ixEoB(O,l xol) SHY gia trj trung blnh cua u tren m~t dtu 8B(0,l xol) iOn h(in A[lIl(xo), llrc la AIul(xo) > AI ul(xo) Dietl n~IYvo 19 Do lit) khong c6 Xol1aO thuQc B\{O} ma co trnh chflt U(Xo)> Alul(xo), ket h(}p ydi tlnh cha't (4) ta dt«}c HeX) = Alul(x), \ix E B\{O} I L' Lw( , 1" It (// Fltlto l:;Y~ O{tO (7i9c 43 20{)/ Jf:f~VJlb;to L9'hCl/lth- %; Ihifie : (ke'llu~n) Alul c() bi~u lhlrc nhl( lrong dinh 19 1I.2(d1lWng 4), nen u Lung y~y Tn((Jng - Ta Ct) u(x) hl}P Il co: co: 2: be-In x I) + c, \lXE B\{O} I Khi Ix I-~ I lhlu (x) -) nen suy C Khi x E 13 (0, V~y u(x) - =o r) lhlu (x) ~ 0, suy fa b ~ = b (-In I x I) ydi b ~ Tnf(ing hl.ip n > 2: Tau')u(x)co:blxI2-n+c, \Ix E 8\{0} Khi I x 1-) I lhl u (x) -) nen SHYfa c Llu lk) u(x) =b ( I co: - b, X 12-11-I) Khi x E 13 (0, r) lhlu (x) ~ 0, SHY b ~ O [J 4/ Di"" /y : GiJ sLY lulll I la Llaycae ham di~u boa lfen l~p m6 Dc U'\day hQi It.!d~u vC:h~lmso u lfen m6i l~p B (a, r) c D Khi lit')u la ham aieu boa lren D Clll?llg milllt Cui a IllY y IhuQc D T6n 1 1) L1U(x)= 0, \:Ix E RII\ B HeX) ::: rex), \:Ix E 3B d6 r lien l~IC lren bien 3B Khi d6,mqi nghi~m lren nll\ B nilL(sau x ::: I X 11 u(x) w ~ l uEC\R"\B )nC(R'\B) +- [ Ixr ] clla bAi loan d~u c6 d x~O trung B thl f au w(x) >I.J -211: ' (ta gqi gidi h',111 1£1 ) L' l(~)dS(C;;) -Sau day ta se dllYng minh w bang tren B\{O}, Xct ham g,lx)=w(x)+E(-lnl xl) IHlIl1gt;ui~u boa tren B\{O} Khi X~O lhl gix) ~oo, suy g,,(x»O nell x (hi gan O l-)~t m=inf'{ g,,(x) :xEB\{O}} (m c6 thi la -.00) T6n t~liday{adlrong B\{O}sao cho gt;(ak)~m k~oo Day {ad Ham t~p compaGt B nen t6n tO.Neli bE aB thl m=O dn go;{h)=O Neu h=O thl III;?0 g,,(x»O x gaB O.Do d6 ta luon c6 III ;:::O,suy g,,(x) khong am tren B\{O} vdi mQi E >0, d6 w(x) khtHlg [1mtren B\{OI, Trong biiu lluk cua gix) LaxcL ham di~lI boa -w thay VIw,ly lu~11lu'dng H,rla c6 ket qua -w(x) khong am trenB\{O Lt(rc fa w(x) khol1g llLrdngLren B\{OI, Ta ua ch(rng Illinh w(x) VITakhong am VITakhong dlrOng tren B\{O},l1cn C()the suy w(x) bang Lren B\{O} Dn (It>va bi6u th((c clia u LrenU,z\B la u(x) = w(x*)+h(x) = hex) ') =~ 211: j au l - lxl- - ~ f(C;;)uS(C;;) x-c;; I -Ham s6 u c6 biill th(rc d Ln3n th~t slf la nghi~m clla bai loan nell u Ihl1a de linh chftL (i),(ii),(iii).Ta Lhfty 1Ithda (i)va (ii),cho x~oo Lhl u(x) ~~ f f(~)dS(~) 211: an (j.) ( ",' '/' oLU-{?-/t Frz,/t c.~) 55 C)(tu en t?c !to{N Jt:;~0, d6 w(x) khang am lfen B\{O}, Trung hit3u Iinte cLia g~(x) ta xet ham di€u boa -w thay VI w,ly lu~n ll(ling llf Ll c() kc't L/u.i -w(x) khong am IrenB\{ },t(rc Iii w(x) khong dl(Ong Ire n B \ ( () I, 'I'a dfJ ch((ng minh w(x) vua khong am vua kh6ng dl(0ng tren B\{0 !,ncn c() the SHY w(x) bang tren B\{O}, T6m l'.li, nghi~11lclla bai loan Iren Iii dllY nhat va c6 bit3u thl'i'c tTen n2\ B la u(x) =w(x*)+h(x) = hex) =~ 2rc lxl2-1 fIx -( DB f(~)ds(~) ":> 5) Vi d{l: Xcl hai [min Dirichkt d6i vdi l1li€n ngoai clla dla Iron dl1n vi B trang n2, ~ - = 0, \Ix E n.-\ B = rex), \Ix E 8B ,lHl( x) ,u(x) u(x) ~ -111X I I kill x~ CX) ( /J ,La~i/t ," frl/t i /J ()(to ,.ij';; ,;1(9(; I' - 6.cy/,./ 'jI-a'pc-'ll :7h£Mth j/ /;; I 57 5!(){i/ U() r lien l~IClren bien aB va nghit%m UE C2 (R2\B) n C (U2\B) IHy clurng l11inh nghi~111 CUi.!bai loan la ') u(x) 1xl ] = -211: J-2f(~)dS(~) ~ 3B x I I Cluj thieh :Vi cl~l3 (Iu(x) I bi ch~n Ix I kha 16n )la lru'ong h(.jp d~c bi~l CUi.! i cll.1 (I u(x) Ico th6 lien 00 x.~ oo).Chung toi v~n tdnh bay vi v cl~\3 vll11116n phan bit%lr5 tnc()ng hc;iPu bi ch~n va khong bi ch~n CluIng lIlillh Gd Sl~btli locin co nhgit%1111a 1I Thel> dinh Iy IV 2-chlcung , nghit%m l\ c6 dO,N6u bE aB thl m=O gt;(b)=0,N6u b=O Ihl m 20 gt:(x»O x gfin O,Do d6 ta luon c6 111 O,suy gE(X) khong am Lren B\{O} vdi mqi E >0, d6 w(x) khong am Lren B\{O}, Twng Il(dng It,r la Lren Ii \ {° I hi6u LhC(cclla g,,(x) la xet h~lIn di€u boa -w thay VI w,ly lu~n kCI qua -w(x) khong am trenI3\{O},tC(cIii w(x) khong dl(Ong Cl) Ta da cIlll'ng minh w(x) vua khong am vua khong dlWng tren B\{O},ncn c() Ih6 SHY w(x) bang lren B\{O} Tl)l111',li,nghi~m dla bili Loan tren Iii nha't va c6 bitSu tllll'Clren n?\ B Iii u(x) =w(x*)+h(x) = hex) ? =~ 2IT f 'X'- -~ r(QdS(~) x-~ aB I I 6) \Ii d{l: , XCI hili loan Dirichlet l!()i vdi mi€n ngoiii clla dJa Lron ddn vi B n- ")- ,L\u(x) = 0, '\Ix E R-\ B (i) ,u(x) = rex), '\Ix E aB (ii) u(x) _ II ~ L:;t)( "' ' kl11 x~ CD ( III ) III X Lrung r lien ll,lCtren bien aB , L c6 thtS bang +CDhay -CD, Vtl nghi0m UE C2 (R2\ B) n C (Ie\B), Hay chCrng minh ke'lquLl saIl : Khi L hun tH~nIh1nghi~ m Ii}0 clIo w lllan Iuan dL((Jnghay Illan Iuan am tren ! mi~n 13(0,1').M:;tt klulc, hiim s6 di~u hoa w tri~t Lieu tren bien ClB Theo dinh 19 Il.3-chlcdng ,ham W c6 bi€ll thue tren B\{O} Hi w(x)=k(-Inlxl) '\IxeB\{O} Ll1c {~O i;t~(; !!()()/ V~y L hang A:f;t;YIJ/t !JZ,Wtli% +lfJ hay -0) lhi hai lOLin v() nghi~lll,con L hecn h! (0 ff(~)dS(~) DB w(x) -+ -UJ neu L < ~ ff(~)dS(~) DB Nhl!' Ih6 ,[(in tO cho w lu6n Juan dlfcjng hay lu6n lu6n am tren mien B(O,r), M~t klHlc, h~\ln s6 dieu hoa w tri~t lieu tren bien DB Thco d!nh Iy I1.3-dn((jng ,ham w c6 bi€u thlic lren B\{O} la ?-u II- w(x)=k( x -I), Luc LIco biEu thu'c tren If\B u(x)= ?-n x II- la w(x*)+h(x) =Ix12-11.k ~x *12-11=k(I-lxI2-U) Cho x~co \ixEB\{O} 1)+h(X) +h(x) lhl u(x) ~k+~ ff(~)ds(~) 2n DB (huu h

Ngày đăng: 17/04/2013, 20:38

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan