Логотип Автор24реферат
Заказать работу
%
уникальность
не проверялась
Решение задач на тему:

Решить задачу о движении однородной струны

уникальность
не проверялась
Аа
3714 символов
Категория
Высшая математика
Решение задач
Решить задачу о движении однородной струны .pdf

Зарегистрируйся в 2 клика в Кампус и получи неограниченный доступ к материалам с подпиской Кампус+ 🔥

Условие

Решить задачу о движении однородной струны 2.80 Неподвижная струна –l<x<l со свободными концами, расположенная на оси Ox, получает в момент t=0 импульс Ieu в результате удара в точку x=0.

Нужно полное решение этой работы?

Ответ

ux,t=It2ρl+Iρaπk=1∞1kcosaπktlcosπkxl.

Решение

Потяни, чтобы посмотреть
Поперечное смещение точек струны ux,t удовлетворяет одномерному волновому уравнению
ρutt=Tuxx, -l<x<l, t>0
где ρ – линейная плотность материала струны, T – натяжение струны.
utt=a2uxx, -l<x<l, t>0,
(1)
a2=Tρ
Граничные условия (свободные концы):
uxx=-l=0, uxx=l=0,
(2)
Начальные условия:
ux,0=0, utx,0=Iρδ(x),
(3)
где δ(x) − дельта-функция Дирака.
Для решения исходной смешанной задачи (1) − (3) применим метод Фурье разделения переменных. Будем искать нетривиальное решение задачи в виде
ux,t=Xx∙Ft.
Подставим предполагаемую форму решения в исходное уравнение (1)
Xx∙F''(t)=a2X''x∙Ft.
Разделим равенство на a2Xx∙F(t)
F''(t)a2F(t)=X''xXx=-λ=const,
т.к. левая часть равенства зависит только от t, а правая – только от x.
В результате переменные разделяются, и получается два линейных обыкновенных дифференциальных уравнения
T''t+a2λFt=0,
(8)
X''(x)+λXx=0.
(9)
Подставляя ux,t в виде Xx∙Ft в граничные условия (2), получим
X'-l⋅Ft=0, X'l⋅Ft=0.
Поскольку равенства должны выполняться тождественно, то
X'-l=0, X'l=0.
Таким образом, для функции X(x) получили задачу Штурма-Лиувилля
X''x+λXx=0 X'-l=0, X'l=0
При λ>0:
Общее решение уравнения имеет вид
Xx=C1cosλx+C2 sinλx
Удобнее фундаментальную систему решений взять в виде cosλ(x+l), sinλ(x+l) и решение записать как
Xx=C1cosλ(x+l)+C2 sinλ(x+l)
X'x=-C1λsinλ(x+l)+C2λ cosλ(x+l).
Неизвестные коэффициенты C1, C2 найдем из граничных условий
X'-l=C2λ =0, ⟹ C2=0X'l=-C1λsin2lλ=0
Получили спектральное уравнение для нахождения собственных значений λ задачи Штурма-Лиувилля
sin2lλ=0,
2lλ=πn, n=1,2,…
Собственные значения задачи равны
λn=πn2l2, n=1,2,…
Ии соответствуют собственные функции определяются (с точностью до постоянного множителя)
Xnx=cosπnx+l2l, n=1,2,…
При λ=0:
X''x=0 X'-l=0, X'l=0
Общее решение уравнения имеет вид
Xx=C3+C4x
Неизвестные коэффициенты C3, C4 найдем из граничных условий
X'-l=C4=0X'l=C4=0
Тогда Xx=C3
50% задачи недоступно для прочтения
Переходи в Автор24, регистрируйся и получай полное решение
Получить задачу
Больше решений задач по высшей математике:

Цех допускает 30% брака Найти вероятность того

1240 символов
Высшая математика
Решение задач

Исходя из определения производной найти f'(x0) для функций

559 символов
Высшая математика
Решение задач

Найдите интегралы методом замены переменной

214 символов
Высшая математика
Решение задач
Все Решенные задачи по высшей математике