Preview

Вестник НИЯУ МИФИ

Расширенный поиск

Точные решения нелинейных телеграфных уравнений с переменными коэффициентами

https://doi.org/10.56304/S2304487X1902010X

Аннотация

   Описаны различные классы нелинейных телеграфных уравнений с переменными коэффициентами c(x)un + d(x)uτ = [a(x)ux]x + b(x)ux + p(x)ux + p(x)f(u), которые допускают точные решения с функциональным разделением переменных вида u = U(z), z = ϕ , (x,t ).  Показано, что функция источника f(u) и любые четыре из пяти коэффициентов a(x), b(x), c(x),  d(x), p(x) этих уравнений могут быть выбраны произвольно, а оставшийся коэффициент через них выражается. Исследованы свойства и построены некоторые решения переопределенной нелинейной системы дифференциальных уравнений, которым удовлетворяет функция ф(x,t). Приведены примеры конкретных уравнений и их точных решений. Построены также некоторые точные решения типа обобщенной бегущей волны более сложных нелинейных телеграфных уравнений с запаздыванием вида c(x)un + d(x)uτ = [a(x)ux]x + b(x)ux + p(x)ux + p(x)f(u, w), w = u(x,t - τ), где τ > 0 – время запаздывания, f (u, w) – произвольная функция двух аргументов.

Об авторе

А. Д. Полянин
Институт проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАН; Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”; Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана
Россия

119526

115409

105005

Москва



Список литературы

1. Ames W. F., Lohner J. R., Adams E. Group properties of // Int. J. Non-Linear Mech. 1981. V. 16. № 5–6. P. 439–447.

2. Clarkson P. A., McLeod J. B., Olver P. J., Ramani R. Integrability of Klein–Gordon equations // SIAM J. Math. Anal. 1986. V. 17. P. 798–802.

3. Oron A., Rosenau P. Some symmetries of the nonlinear heat and wave equations // Phys. Lett. A. 1986. V. 118. P. 172–176.

4. Pucci E., Salvatori M. C. Group properties of a class of semilinear hyperbolic equations // Int. J. Non-Linear Mech. 1986. V. 21. P. 147–155.

5. Grundland A. M., Infeld E. A family of non-linear Klein-Gordon equations and their solutions // J. Math. Phys. 1992. V. 33. P. 2498–2503.

6. Ibragimov N. H. (Editor). CRC Handbook of Lie Group Analysis of Differential Equations. Symmetries, Exact solutions and Conservation Laws, Vol. 1. Boca Raton: CRC Press, 1994.

7. Zhdanov R. Z. Separation of variables in the non-linear wave equation // J. Phys. A. 1994. V. 27. P. L291–L297.

8. Зайцев В. Ф. Справочник по дифференциальным уравнениям с частными производными: Точные решения / В. Ф. Зайцев, А. Д. Полянин. – М.: Международная программа образования, 1996.

9. Andreev V. K., Kaptsov O. V., Pukhnachov V. V., Rodionov A. A. Applications of Group-Theoretical Methods in Hydrodynamics. Dordrecht: Kluwer, 1998.

10. Sophocleous C., Kingston J. G. Cyclic symmetries of one-dimensional non-linear wave equations // Int. J. Non-Linear Mech. 1999. V. 34. P. 531–543.

11. Зайцев В. Ф. Точные решения и преобразования нелинейных уравнений теплопроводности и теории волн / В. Ф. Зайцев, А. Д. Полянин // Доклады АН. – 2001. – Т. 381. – № 1. – С. 31–36.

12. Эстевес П. Г. Разделение переменных в нелинейных волновых уравнениях с переменной волновой скоростью / П. Г. Эстевес, Ч. Чу // Теор. мат. физика. – 2002. – Т. 133. – № 2. – С. 202–210.

13. Полянин А. Д. Справочник по нелинейным уравнениям математической физики / А. Д. Полянин, В. Ф. Зайцев. – М.: Физматлит, 2002.

14. Polyanin A. D., Zaitsev V. F. Handbook of Nonlinear Partial Differential Equations, 2nd Edition. Boca Raton: CRC Press, 2004.

15. Полянин А. Д. Методы решения нелинейных уравнений математической физики и механики / А. Д. Полянин, В. Ф. Зайцев, А. И. Журов. – М.: Физматлит, 2005.

16. Bluman G. W., Cheviakov A. F. Nonlocally related systems, linearization and nonlocal symmetries for the nonlinear wave equation // J. Math. Anal. Appl. 2007. V. 333. P. 93–111.

17. Polyanin A. D., Zaitsev V. F. Handbook of Nonlinear Partial Differential Equations, 2nd Edition. Boca Raton: CRC Press, 2012.

18. Hu J., Qu C. Functionally separable solutions to non-linear wave equations by group foliation method // J. Math. Anal. Appl. 2007. V. 330. P. 298–311.

19. Huang D. J., Zhou S. Group properties of generalized quasi-linear wave equations // J. Math. Anal. Appl. 2010. V. 366. P. 460–472.

20. Huang D. J., Zhu Y., Yang Q. Reduction operators and exact solutions of variable coefficient nonlinear wave equations with power nonlinearities // Symmetry. 2017. V. 9. № 3.

21. Bluman G. W., Temuerchaolu, Sahadevan R. Local and nonlocal symmetries for nonlinear telegraph equation // J. Math. Phys. 2005. V. 46. Article ID 023505.

22. Huang D. J., Ivanova N. M. Group analysis and exact solutions of a class of variable coefficient nonlinear telegraph equations // J. Math. Phys. 2007. V. 48, Article ID 073507.

23. Huang D. J., Zhou S. Group-theoretical analysis of variable coefficient nonlinear telegraph equations // Acta Appl. Math. 2012. V. 117. № 1. P. 135–183.

24. Pucci E. Group analysis of the equation // Riv. Mat. Univ. Parma. 1987. V. 12. № 4. P. 71–87.

25. Ibragimov N. H., Torrisi M., Valenti A. Preliminary group classification of equations // J. Math. Phys. 1991. V. 32. P. 2988–2995.

26. Ibragimov N. H., Khabirov S. V. Contact transformation group classification of nonlinear wave equations // Nonlin. Dyn. 2000. V. 22. P. 61–71.

27. Anco S. C., Liu S. Exact solutions of semilinear radial wave equations in dimensions // J. Math. Anal. Appl. 2004. V. 297. P. 317–342.

28. Gandarias M. L., Torrisi M., Valenti A. Symmetry classification and optimal systems of a non-linear wave equation // Int. J. Non-Linear Mech. 2004. V. 39. P. 389–398.

29. Lahno V., Zhdanov R., Magda O. Group classification and exact solutions of nonlinear wave equations // Acta Appl. Math. 2006. V. 91. P. 253–313.

30. Polyanin A. D., Zhurov A. I. Generalized and functional separable solutions to nonlinear delay Klein–Gordon equations // Commun. Nonlinear Sci. Numer. Simul. 2014. V. 19. № 8. P. 2676–2689.

31. Long F.-S., Meleshko S. V. On the complete group classification of the one-dimensional nonlinear Klein–Gordon equation with a delay // Math. Meth. Appl. Sci. 2016. V. 39. № 12. P. 3255–3270.

32. Дородницын В. А. Об инвариантных решениях уравнения нелинейной теплопроводности с источником / В. А. Дородницын // Ж. выч. мат. и мат. физики. – 1982. – Т. 22. – № 6. – С. 1393–1400.

33. Kudryashov N. A. On exact solutions of families of Fisher equations // Theor. Math. Phys. 1993. V. 94. № 2. P. 211–218.

34. Galaktionov V. A. Quasilinear heat equations with first-order sign-invariants and new explicit solutions // Nonlinear Anal. Theory, Methods and Appl. 1994. V. 23. P. 1595–621.

35. Doyle Ph. W., Vassiliou P. J. Separation of variables for the 1-dimensional non-linear diffusion equation // Int. J. Non-Linear Mech. 1998. V. 33. № 2. P. 315–326.

36. Hood S. On direct, implicit reductions of a nonlinear diffusion equation with an arbitrary function – generalizations of Clarkson’s and Kruskal’s method // IMA J. Appl. Math. 2000. V. 64. № 3. P. 223–244.

37. Cherniha R. M., Pliukhin O. New conditional symmetries and exact solutions of nonlinear reaction–diffusion–convection equations // J. Physics A: Math. Theor. 2007. V. 40. № 33. P. 10049–10070.

38. Cherniha R. M., Pliukhin O. New conditional symmetries and exact solutions of reaction–diffusion–convection equations with exponential nonlinearities // J. Math. Anal. Appl. 2013. V. 403. P. 23–37.

39. Cherniha R., Serov M., Pliukhin O. Nonlinear Reaction-Diffusion-Convection Equations: Lie and Conditional Symmetry, Exact Solutions and Their Applications. Boca Raton: Chapman & Hall/CRC Press, 2018.

40. Vaneeva O. O., Johnpillai, A. G., Popovycha R. O., Sophocleous C. Extended group analysis of variable coefficient reaction–diffusion equations with power nonlinearities // J. Math. Anal. Appl. 2007. V. 330. № 2. P. 1363–1386.

41. Vaneeva O. O., Popovych R. O., Sophocleous C. Extended group analysis of variable coefficient reaction–diffusion equations with exponential nonlinearities // J. Math. Anal. Appl. 2012. V. 396. P. 225–242.

42. Popovych R. O., Ivanova N. M. New results on group classification of nonlinear diffusion-convection equations // J. Physics A: Math. General. 2004. V. 37. № 30. P. 7547–7565.

43. Ivanova N. M., Sophocleous C. On the group classification of variable-coefficient nonlinear diffusion-convection equations // J. Comput. Appl. Math. 2006. V. 197. № 2. P. 322–344.

44. Ivanova N. M. Exact solutions of diffusion-convection equations // Dynamics of PDE. 2008. V. 5. № 2. P. 139–171.

45. Vaneeva O. O., Popovych R. O., Sophocleous C. Group analysis of variable coefficient diffusion-convection equations. I. Enhanced group classification // Lobachevskii J. Math. 2010. V. 31. № 2. P. 100–122.

46. Jia H., Zhao W. X. X., Li Z. Separation of variables and exact solutions to nonlinear diffusion equations with - dependent convection and absorption // J. Math. Anal. Appl. 2008. V. 339. № 982–995.

47. Polyanin A. D. Functional separable solutions of nonlinear reaction–diffusion equations with variable coefficients // Appl. Math. Comput. 2019. V. 347. pp. 282–292.

48. Meleshko S. V., Moyo S. On the complete group classification of the reaction–diffusion equation with a delay // J. Math. Anal. Appl. 2008. V. 338. P. 448–466.

49. Polyanin A. D., Zhurov A. I. Exact separable solutions of delay reaction-diffusion equations and other nonlinear partial functional-differential equations // Commun. Nonlinear Sci. Numer. Simul. 2014. V. 19. № 3. P. 409–416.

50. Polyanin A. D., Zhurov A. I. Functional constraints method for constructing exact solutions to delay reaction-diffusion equations and more complex nonlinear equations // Commun. Nonlinear Sci. Numer. Simul. 2014. V. 19. № 3. P. 417–430.

51. Polyanin A. D., Zhurov A. I. New generalized and functional separable solutions to non-linear delay reaction-diffusion equations // Int. J. Non-Linear Mech. 2014. V. 59. P. 16–22.

52. Polyanin A. D., Zhurov A. I. Nonlinear delay reaction-diffusion equations with varying transfer coefficients: Exact methods and new solutions // Appl. Math. Letters. 2014. V. 37. P. 43–48.

53. Polyanin A. D., Zhurov A. I. The functional constraints method: Application to non-linear delay reaction-diffusion equations with varying transfer coefficients // Int. J. Non-Linear Mech. 2014. V. 67. P. 267–277.

54. Polyanin A. D. Generalized traveling-wave solutions of nonlinear reaction–diffusion equations with delay and variable coefficients // Appl. Math. Letters. 2019. V. 90. P. 49–53.

55. Polyanin A. D., Zaitsev V. F. Handbook of Exact Solutions for Ordinary Differential Equations, 2nd Edition. Boca Raton: Chapman & Hall/CRC Press, 2003.

56. Polyanin A. D., Zaitsev V. F. Handbook of Ordinary Differential Equations: Exact Solutions, Methods, and Problems. Boca Raton: CRC Press, 2018.

57. Polyanin A. D., Nazaikinskii V. E. Handbook of Linear Partial Differential Equations for Engineers and Scientists, Second Edition. Boca Raton: CRC Press, 2016.


Рецензия

Для цитирования:


Полянин А.Д. Точные решения нелинейных телеграфных уравнений с переменными коэффициентами. Вестник НИЯУ МИФИ. 2019;8(3):213-225. https://doi.org/10.56304/S2304487X1902010X

For citation:


Polyanin A.D. Exact Solutions of Nonlinear Telegraph Equations with Variable Coefficients. Vestnik natsional'nogo issledovatel'skogo yadernogo universiteta "MIFI". 2019;8(3):213-225. (In Russ.) https://doi.org/10.56304/S2304487X1902010X

Просмотров: 146


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2304-487X (Print)