Preview

Вестник НИЯУ МИФИ

Расширенный поиск

Аналитические решения модифицированного уравнения Кортевега – де Вриза – Бюргерса с нелинейным источником

https://doi.org/10.26583/vestnik.2026.1.3

EDN: NIZRSS

Аннотация

В работе исследуется обобщенное уравнение модифицированного уравнения Кортевега – де Вриза – Бюргерса с нелинейным источником в виде полинома третьей степени. Задача Коши для этого уравнения не решается методом обратной задачи рассеяния. Однако уравнение допускает преобразования сдвига по независимым переменным, поэтому аналитические решения уравнения  ищутся используя переменные бегущей волны. Для того чтобы выяснить возможность существования общего решения нелинейного обыкновенного дифференциального уравнения, на первом этапе исследования применяется тест Пенлеве. Ограничения на параметры математической модели найдены как необходимые условия интегрируемости нелинейного обыкновенного дифференциального уравнения. Учитывая значения индексов Фукса находятся два первых интеграла нелинейного обыкновенногоо дифференциального уравнения третьего порядка. Общее решение уравнения с тремя произвольными постоянными выражено через эллиптическую функцию Якоби. Метод простейших уравнений используется, чтобы найти аналитические решения с одной и двумя произвольными постоянными.

Об авторе

Н. А. Кудряшов
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Россия

кафедра прикладной математики (№31) Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ - главный научный сотрудник, заведующий кафедрой
доктор физико-математических наук, профессор



Список литературы

1. Drazin P.G., Johnson R.S. Solitons: An Introduction. Cambridge: Cambridge University Press, 1989.

2. Ablowitz M.J., Clarkson P.A. Solitons Nonlinear Evolution Equations and Inverse Scattering. Cambridge: Cambridge University Press, 1991.

3. Drazin P.G. Nonlinear systems. Cambridge: Cambridge University Press, 1992.

4. Petrovskii S., Shigesada N. Some exact solutions of a generalized Fisher equation related to the problem of biological invasion // Mathematical Biosciences, 2001. V.172(2). Р.73 – 94. DOI:10.1016/S0025-5564(01)00068-2.

5. Hayek M. Exact and traveling-wave solutions for convection-diffusion-reaction equation with power-law nonlinearity // Applied Mathematics and Computation, 2011. V.218 (6). P.2407 – 2420. DOI: 10.1016/j.amc.2011.07.034.

6. Broadbridge P., Bradshaw-Hajek B.H. Exact solutions for logistic reaction–diffusion equations in biology // Zeitschrift fur Angewandte Mathematik und Physik, 2016. V.67, Art. numb. 93. DOI: 10.1007/s00033-016-0686-3.

7. Hariri I., Radid A., Rhofir K. Embedding physical laws into Deep Neural Networks for solving generalized Burgers-Huxley equation // Mathematical Modeling and Computing, 2024. V.11(2). P.505 – 511. DOI: 10.23939/mmc2024.02.505.

8. Tutam S. E., Akar M. Exact solutions of the generalized Huxley-Burgers equations // Modern Physics Letters B, 2025. V.39 (10). DOI: 10.1142/S0217984924504529.

9. Kaur I.,Arora S., Bala I. An improvised technique of quintic hermite splines to discretize generalized Burgers-Huxley type equations // Iranian Journal of Numerical Analysis and Optimization, 2023. V.13. № 1. Р.59 – 79. DOI: 10.22067/ijnao.2022.75871.1120.

10. Daba I. T., Gonfa G. G. A hybrid computational scheme for singularly perturbed Burgers-Huxley equation // MethodsX, 2024. DOI: 10.1016/j.mex.2024.102574.

11. Wang X., Wu Sh., Huang J., Zheng J. Numerical ergodicity of a full-discrete exponential Euler scheme for stochastic Burgers-Huxley equation // Mathematical Methods in the Applied Sciences, 2025. V. 48 (4). P. 5202 – 5234. DOI: 10.1002/mma.10598.

12. Zhang X., Tian Yu, Zhang M., Qi Yao. Mathematical studies on generalized Burgers-Huxley equation and its singularly perturbed form: Existence of traveling wave solutions // Nonlinear Dynamics, 2025. V.113( 3). P. 2625 – 2634. DOI: 10.1007/s11071-024-10322-6.

13. Pakzad H.R., Javidan K., Eslami P. Electron acoustic waves in atmospheric magnetized plasma // Physica Scripta, 2020. V. 95(4). DOI: 10.1088/1402-4896/ab5ffc.

14. Dzoyem M. M., Mengue A.D. , Essimbi B.Z. Electrical solitary waves on a transmission line periodically loaded with resonant tunneling diodes using some different methods // European Physical Journal Plus, 2023. V. 138(5). DOI: 10.1140/epjp/s13360-023-04045-7.

15. Vitanov N. K. Simple equations method (SEsM): Review and new results // AIP Conference Proceedings, 2022. 2459(1):020003. DOI: 10.1063/5.0083565.

16. Chen L., Yang L., Zhang R., Cui J. Generalized (2+1)-dimensional mKdV-Burgers equation and its solution by modified hyperbolic function expansion method // Results in Physics, 2019. DOI: 10.1016/j.rinp.2019.102280.

17. Ma M., Ma G., Liang Sh. Density waves in car-following model for autonomous vehicles with backward looking effect // Applied Mathematical Modelling, 2021. V.94. P.1 – 12. DOI: 10.1016/j.apm.2021.01.002.

18. Ahmad H., Seadawy A. R., Khan T. A. Numerical solution of Korteweg-de Vries-Burgers equation by the modified variational iteration algorithm-II arising in shallow water waves // Physica Scripta, 2020. V. 95(4). DOI: 10.1088/1402-4896/ab6070.

19. Atteya A., El-Borie M.A., Roston G.D., El-Helbawy A.-A. S., Prasad P. K., Saha A. Ion-acoustic stable oscillations, solitary, periodic and shock waves in a quantum magnetized electron-positron-ion plasma // Zeitschrift fur Naturforschung – Section A Journal of Physical Sciences, 2021. V.76 (9). P.757 – 768. DOI: 10.1515/zna-2021-0060.

20. Smaoui N., Al Jamal R. Dynamics and control of the modified generalized Korteweg-de Vries-Burgers equation with periodic boundary conditions // Nonlinear Dynamics, 2021. V. 103(1). P.987 – 1009. DOI: 10.1007/s11071-020-06130-3.

21. Seadawy Aly R., Iqbal M., Lu D. Propagation of kink and anti-kink wave solitons for the nonlinear damped modified Korteweg–de Vries equation arising in ion-acoustic wave in an unmagnetized collisional dusty plasma // Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 2020. V.544 (C). DOI: 10.1016/j.physa.2019.123560

22. Seadawy Aly R. Stability analysis solutions for nonlinear three-dimensional modified Korteweg-de Vries-Zakharov-Kuznetsov equation in a magnetized electron-positron plasma // Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 2016 V.455. P.44 – 51. DOI: 10.1016/j.physa.2016.02.061.

23. El-Sheikh M. M.A., Seadawy Aly R., Ahmed H. M.,Arnous Ah.H., Rabie W. B. Dispersive and propagation of shallow water waves as a higher order nonlinear Boussinesq-like dynamical wave equations // Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 2020. Elsevier, V. 537(C). DOI: 10.1016/j.physa.2019.122662.

24. Seadawy Aly R., Arshad M., Lu D. Dispersive optical solitary wave solutions of strain wave equation in micro-structured solids and its applications // Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 2020. V.540. DOI: 10.1016/j.physa.2019.123122.

25. Kowalevski S. Sur le probleme de la rotation d’un corps solide autour d’un point fixe // Acta Mathematica, 1889. V.12 (1). P.177 – 232. DOI:10.1007/BF02592182.

26. Kowalevski S. Sur une propriété du systém d’ uations différentielles qui définit la rotation d’un corps solide autour d’un point fixe // Acta Mathematica, 1890. V. 14 (1). P.81 – 93. DOI: 10.1007/BF02413316.

27. Kudryashov N. A. Painlevé analysis of the resonant third-order nonlinear Schrodinger equation // Applied Mathematics Letters, 2024. V.158. DOI: 10.1016/j.aml.2024.109232.

28. Ablowitz M.J., Ramani A., Segur H. A connection between nonlinear evolution equations and ordinary differential equations of P-type. I // Journal of Mathematical Physics, 1979. V.21(4).P.715 – 721. DOI: 10.1063/1.524491.

29. Ablowitz M.J. , Ramani A.,Segur H. Nonlinear evolution equations and ordinary differential equations of painleve type // Lettere al Nuovo Cimento, 1978. V.23(9). P.333-338. DOI: 10.1007/BF02824479.

30. Ablowitz M.J., Ramani A., Segur H. A connection between nonlinear evolution equations and ordinary differential equations of P-type. II // Journal of Mathematical Physics, 1979. V.21(5). P.1006 – 1015. DOI: 10.1063/1.524548.

31. Kudryashov N. A. Painleve analysis of the Sasa–Satsuma equation // Physics Letters, Section A: General, Atomic and Solid State Physics, 2024. V. 525. DOI: 10.1016/j.physleta.2024.129900.

32. Kudryashov N. A. Painleve analysis and exact solutions of the Korteweg-de Vries equation with a source // Applied Mathematics Letters, 2015. V. 41. P.41 – 45. DOI: 10.1016/j.aml.2014.10.015.

33. Kudryashov N. A. Implicit solitary waves for one of the generalized nonlinear Schrodinger equations, Mathematics, 2021. V.9 (23). DOI: 10.3390/math9233024.

34. Кудряшов Н. А. Уравнение Кортевега – де Вриза – Бюргерса с нелинейным источником: редукция, тест Пенлеве, первые интегралы и аналитические решения // Вестник НИЯУ МИФИ, 2025. Т.14. № 4. С. 298 -317. DOI:10.26583/vestnik.2025.4.3

35. Kudryashov N.A. Exact soliton solutions of the generalized evolution equation of wave dynamics // Journal of Applied Mathematics and Mechanics, 1988.V.52 (3). P.361 – 365. DOI: 10.1016/0021-8928(88)90090-1.

36. Kudryashov N.A. Exact solutions of the generalized Kuramoto-Sivashinsky equation // Physics Letters A, 1990. V.147. № 5-6, P.287 – 291. DOI:10.1016/0375-9601(90)90449-X.

37. Kudryashov N.A. On types of nonlinear nonintegrable equations with exact solutions // Physics Letters A, 1991. V.155. № 4-5. P. 269 – 275. DOI:10.1016/0375-9601(91)90481-M.

38. Kudryashov N. A. Simplest equation method to look for exact solutions of nonlinear differential equations // Chaos, Solitons and Fractals, 2005. V.24. №5. P.1217–1231. DOI:10.1016/j.chaos.2004.09.109.

39. Kudryashov N. A. One method for finding exact solutions of nonlinear differential equations // Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 2012. V. 17. № 6. P. 2248–2253. DOI: 10.1016/j.cnsns.2011.10.016.

40. Ege S. M., Misirli E. The modified Kudryashov method for solving some fractional-order nonlinear equations // Advances in Difference Equations, 2014. V.2014. art.number 135. DOI: 10.1186/1687-1847-2014-135.

41. Kabir M., Khajeh A., Aghdam E. A.,Yousefi- Koma A. Modified Kudryashov method for finding exact solitary wave solutions of higher-order nonlinear equations // Mathematical Methods in the Applied Sciences, 2011. V. 34. № 2. P.213 – 219. DOI: 10.1002/mma.1349.

42. Vitanov N. K. Application of simplest equations of Bernoulli and Riccati kind for obtaining exact traveling-wave solutions for a class of PDEs with polynomial nonlinearity // Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 2010. V.15. № 8. P.2050 – 2060. DOI: 10.1016/j.cnsns.2009.08.011.

43. Kudryashov N. A. Mathematical model of propagation pulse in optical fiber with power nonlinearities // Optik, 2020. V.212. DOI: 10.1016/j.ijleo.2020.164750.

44. Ali Akbar M., Wazwaz A.-M., Mahmud F.,Baleanu D., Roy R., Barman H. K., Mahmoud W. , Al Sharif M. A., Osman M.S. Dynamical behavior of solitons of the perturbed nonlinear Schrodinger equation and microtubules through the generalized Kudryashov scheme // Results in Physics, 2022.V.43. DOI: 10.1016/j.rinp.2022.106079.

45. Mirzazadeh M., Eslami M., Biswas A. Dispersive optical solitons by Kudryashov’s method // Optik, 2014. V.125. № 23. P. 6874 – 6880. DOI: 10.1016/j.ijleo.2014.02.044.

46. Seadawy Aly R., Kumar D., Hosseini K.,Samadani F. The system of equations for the ion sound and Langmuir waves and its new exact solutions // Results in Physics, 2018. V.9. P.1631 – 1634. DOI: 10.1016/j.rinp.2018.04.064.

47. Kudryashov N. A. Method for finding highly dispersive optical solitons of nonlinear differential equations // Optik, 2020.V. 206. DOI: 10.1016/j.ijleo.2019.163550.

48. Seadawy Aly R., Iqbal M., Lu D. Nonlinear wave solutions of the Kudryashov–Sinelshchikov dynamical equation in mixtures liquid-gas bubbles under the consideration of heat transfer and viscosity // Journal of Taibah University for Science, 2019. V. 13. №1. P.1060 – 1072. DOI: 10.1080/16583655.2019.1680170.

49. Ozisik M., Secer A., Bayram M., Aydin H. An encyclopedia of Kudryashov’s integrability approaches applicable to optoelectronic devices // Optik, 2022. V. 265. DOI: 10.1016/j.ijleo.2022.169499.

50. Kudryashov N. A. Stationary solitons of the generalized nonlinear Schrodinger equation with nonlinear dispersion and arbitrary refractive index // Applied Mathematics Letters, 2022.V.128. DOI: 10.1016/j.aml.2021.107888.

51. Zayed E. M. E. , Shohib R.M. A., Alngar M. E. M., Biswas A., Ekici M., Khan S., Alzahrani A. K., Belic M. R. Optical solitons and conservation laws associated with Kudryashov’s sextic power-law nonlinearity of refractive index. Ukrainian Journal of Physical Optics, 2021. V.22. no.1. P.38 – 49. DOI: 10.3116/16091833/22/1/38/2021.


Рецензия

Для цитирования:


Кудряшов Н.А. Аналитические решения модифицированного уравнения Кортевега – де Вриза – Бюргерса с нелинейным источником. Вестник НИЯУ МИФИ. 2026;15(1):21-36. https://doi.org/10.26583/vestnik.2026.1.3. EDN: NIZRSS

For citation:


Kudryashov N.A. Analytical solutions of the modified Korteweg – de Vries – Burgers equation with a nonlinear source. Vestnik natsional'nogo issledovatel'skogo yadernogo universiteta "MIFI". 2026;15(1):21-36. (In Russ.) https://doi.org/10.26583/vestnik.2026.1.3. EDN: NIZRSS

Просмотров: 475

JATS XML


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


ISSN 2304-487X (Print)