Tìm phương trình dao động tự do của một sợi dây hữu hạn được gắn chặt ở hai đầu mút x = 0 và x = `, biết vận tốc ban đầu bằng không và ở thời điểm ban đầu sợi dây được căng lên ở độ cao
Trang 1ÔN THI CAO HỌC PHẦN BÀI TẬP
1 Đưa phương trình sau về dạng chính tắc
uxx+ 2uxy − 3uyy= 0
và tìm nghiệm thoả mãn điều kiện
u(0, y) = y2
ux(0, y) = 0 ĐS: phương trình chính tắc uξρ= 0, nghiệm: u(x, y) = (y2+ 3x2)
2 Tìm nghiệm tổng quát của phương trình sau:
uxx+ 2uxy− 3uyy+ 2ux+ 6uy = 0 ĐS
u(x, y) = e(y−3x)/2
Z
F (y + x)d(y + x) + Φ(y − 3x)
3 Tìm nghiệm tổng quát của phương trình sau:
x2uxx− y2uyy− 2yuy = 0 ĐS
u(x, y) =r x
yG(xy) + Φ
y x
4 Tìm nghiệm tổng quát của phương trình sau:
x2uxx− 2xyuxy+ y2uyy+ xux+ yuy = 0 ĐS
u(x, y) = F (x, y) ln x + Φ(xy)
5 Đưa về dạng chính tắc:
uxx+ 4uxy+ 5uyy+ ux+ 2uy = 0 ĐS
uξξ+ uξρ+ uρ= 0
6 Tìm nghiệm tổng quát của phương trình sau:
uxx+ 6uxy+ 5uyy+ ux+ 5uy = 0 ĐS
u(x, y) = F (y − 5x) + e(y−5x)/4G(y − x)
7 Giải phương trình sau
eyuxy− uyy+ uy = 0 với điều kiện
u(x, 0) = −x
2
2
uy(x, 0) = − sin x ĐS
u(x, y) = cos(x + ey− 1) − cos x −x
2
2
Trang 28 Giải phương trình sau
uxx− 2 sin xuxy− (3 + cos2x)uyy− cos xuy = 0 với điều kiện
u(x, y)|y=cos x = sin x
uy(x, y)|y=cos x = e
x
2 ĐS
u(x, y) = cosy − cos x
2
sin x + exshy − cos x
2
9 Giải phương trình sau
uxx− 2 sin xuxy − (3 + cos2x)uyy+ ux+ (2 − sin x − cos x)uy = 0 với điều kiện
u(x, y)|y=cos x = 0
uy(x, y)|y=cos x = e−x/22 cos x ĐS
u(x, y) = 2 sin
y − cos x 2
cos xe(y−2x−cos x)/4
10 Giải phương trình sau
uxx+ 2 sin xuxy− cos2xuyy+ ux+ (1 + sin x + cos x)uy = 0 với điều kiện
u(x, y)|y=− cos x = 1 + 2 sin x
uy(x, y)|y=− cos x = sin x ĐS
u(x, y) = 1 + 2 sin(y + x + cos x)e(y+x+cos x)/2
11 Giải phương trình sau
uxx+ 2 cos xuxy− sin2xuyy+ ux+ (1 − sin x + cos x)uy = 0 với điều kiện
u(x, y)|y=sin x = cos x
uy(x, y)|y=sin x = sin x ĐS
u(x, y) = cos(y − sin x − x)
12 Giải phương trình sau
3uxx− 5uxy + 2uyy= 0 với điều kiện
u(x, y)|y=sin x = cos x
uy(x, y)|y=sin x = sin x ĐS
u(x, y) = 20 sin16y + 9x
20
cosy − 9x
20
− 25(3y + 2x)
25 + (3y + 2x)2 + 12(y + x)
4 + (y + x)2
Trang 313 Giải phương trình sau
eyuxy− uyy+ uy = 0 với điều kiện
u(x, 0) = sin x
uy(x, 0) = 1
1 + x2
ĐS
u(x, y) = sin x − arctgx + arctg(x + ey− 1)
14 Giải phương trình sau
uxy− 6uyy+ 5uy = 0 với điều kiện
u(x, y)|y=x = sin x
uy(x, y)|y=x = cos x ĐS
u(x, y) = 1
2
h
5 sinx + y
2 − 3 sin
5x + y 6 i
15 Giải phương trình sau
uxx− uxy+ 5ux+ 3uy+ 4u(x, y) = 0 với điều kiện
u(x, y)|y=0 = xe−5x/2−x2
uy(x, y)|y=0 = e−5x/2 ĐS
u(x, y) = 1
8e
(3y−5x)/2h8y + (4x + 4y + 3)e−(x+y)2 + (4x − 4y − 3)e−(x−y)2i
16 Tìm dao động tự do của một sợi dây hữu hạn được gắn chặt ở hai đầu mút x=0 và x = ` biết vận tốc ban đầu bằng v0 và hình dạng ban đầu được cho bởi biểu thức:
u(x, 0) = ϕ(x) = cx2 (c = const) ĐS:
u(x, t) =
∞
X
k=1
sinkπx
`
− 2v0` a(kπ)2(cos kπ − 1) sinkπat
`
+ 4`2c (kπ)3(cos kπ − 1) −2`
2c
kπ cos kπ
coskπat
`
17 Tìm phương trình dao động tự do của một sợi dây hữu hạn được gắn chặt ở hai đầu mút
x = 0 và x = `, biết vận tốc ban đầu bằng v0 và hình dạng ban đầu được cho bởi:
u(x, 0) = ϕ(x) = sin x ĐS
u(x, t) =
∞
X
k=1
sinkπx
`
− 2v0` a(kπ)2(cos kπ − 1) sinkπat
2kπ sin ` cos kπ
`2− (kπ)2 coskπat
`
Trang 4
18 Tìm phương trình dao động tự do của một sợi dây hữu hạn được gắn chặt ở hai đầu mút
x = 0 và x = `, biết vận tốc ban đầu bằng không và sợi dây có hình dạng ban đầu là:
u(x, 0) = ϕ(x) = 4x(` − x)
`2
ĐS
u(x, t) = 32
π3
∞
X
n=0
1 (2n + 1)3sin(2n + 1)πx
(2n + 1)πat
`
19 Tìm phương trình dao động tự do của một sợi dây hữu hạn được gắn chặt ở hai đầu mút
x = 0 và x = `, biết vận tốc ban đầu bằng không và ở thời điểm ban đầu sợi dây được căng lên ở độ cao h tại điểm x0
ĐS
u(x, t) = 2h
x0(` − x0)
∞
X
k=1
` kπ
2
sinkπx0
` sin
kπx
` cos
kπat
` Hướng dẫn: Ta giải bài toán với điều kiện ban đầu
u(x, 0) = ϕ(x) =
hx
x0 nếu 0 ≤ x ≤ x0 h(` − x)
` − x0
, nếu x0 ≤ x ≤ `
ut(x, 0) = 0
20 Tại thời điểm t = 0, ta truyền cho các điểm của sợi dây nằm trong khoảng (c − ε, c + ε) một vận tốc ban đầu không đổi v0 Hãy xác định dao động của sợi dây khi ε → 0, nếu lúc đầu nó nằm yên
ĐS:
u(x, t) = 2`p
πaρ
∞
X
k=1
1
ksin
kπc
` sin
kπx
` sin
kπat
`
là phương trình dao động của sợi dây đứng yên ở thời điểm ban đầu và ta truyền cho nó một xung lượng p tập trung tại điểm x = c
Hướng dẫn: Ta giải bài toán với điều kiện ban đầu
u(x, 0) = 0
ut(x, 0) =
(
v0 nếu x ∈ (c − ε, c + ε)
0 nếu x /∈ (c − ε, c + ε) sau đó áp dụng quy tắc L’Hopital để tính giới hạn khi ε → 0
21 Tìm phương trình dao động tự do của một sợi dây hữu hạn được gắn chặt ở hai đầu mút
x = 0 và x = ` Cho biết độ lệch ban đầu bằng không và vận tốc ban đầu được cho bởi:
ut(x, 0) =
v0cos(x − c) nếu |x − c| < π
2
2 Trong đó v0 là hằng số dương và π/2 ≤ c ≤ ` − π/2
Đáp số: u(x, t) = −4v0`
2
πa
∞
X
k=1
1 k(k2π2− `2)sin
kπc
` cos
kπ2 2` sin
kπx
` sin kπat
`
Trang 522 Tìm phương trình dao động tự do của sợi dây có hai đầu tự do, chiều dài ` Biết vận tốc ban đầu bằng 0 Độ lệch ban đầu của sợi dây tỉ lệ với khoảng cách từ điểm đó đến gốc toạ độ ĐS:
u(x, t) = `c
2 −
4`c
π2
∞
X
n=0
1 (2n + 1)2 coskπx
` cos
kπat
`
23 Tìm phương trình dao động tự do của sợi dây có hai đầu tự do, chiều dài ` Biết ban đầu sợi dây nằm yên và có vận tốc bằng v0x
ĐS:
u(x, t) = −4v0`
2
aπ3
∞
X
n=0
1 (2n + 1)3 cos(2n + 1)πx
(2n + 1)πat
`
24 Tìm phương trình dao động tự do của sợi dây hữu hạn, có hai đầu tự do Biết hình dạng và vận tốc ban đầu của sợi dây được cho bởi:
u(x, 0) = 1
mx(` − x)
ut(x, 0) = sin x ĐS:
u(x, t) = `
2
6m+
∞
X
k=1
coskπx
`
−2`2
akπ(`2− k2π2)[ cos(` + kπ) − 1] sin
kπat
`
2
M (kπ)2(coskπ + 1) coskπat
`
25 Một thanh đồng chất có chiều dài 2` bị nén nên độ dài của nó còn lại là 2`(1 − ε) Lúc t = 0, người ta buông ra Chứng minh rằng độ lệch u(x, t) của tiết diện có hoành độ x ở thời điểm
t được cho bởi:
u(x, t) = 8ε`
π2
∞
X
k=0
(−1)k+1 (2k + 1)2 sin(2k + 1)πx
(2k + 1)πat 2`
Nếu gốc toạ độ đặt ở trung điểm của thanh
Hướng dẫn: Các điều kiện ban đầu và điều kiện biên là:
u(x, 0) = −εx, ut(x, 0) = 0, ux(−`, t) = 0, ux(`, t) = 0
26 Tìm phương trình dao động dọc của một thanh đồng chất biết đầu x = 0 gắn chặt, còn đầu
x = ` tự do Biết các điều kiện ban đầu
u(x, 0) = ϕ(x)
ut(x, 0) = ψ(x) ĐS:
u(x, t) =
∞
X
k=0
sin(2k + 1)πx
2`
h
Bkcos(2k + 1)πat
2` + Aksin
(2k + 1)πat 2`
i
trong đó
Bk = 2
`
Z `
0
ϕ(x) sin(2k + 1)πx
(2k + 1)π
Z `
0
ψ(x) sin(2k + 1)πx
Trang 627 Tìm phương trình dao động tự do của sợi dây hữu hạn có đầu x = 0 được giữ cố định tại gốc toạ độ, đầu x = ` tự do Ban đầu ta kéo điểm đầu x = ` lên độ cao h, vận tốc ban đầu bằng 0
ĐS:
u(x, t) = 8h
π2
∞
X
k=0
(−1)k (2k + 1)2 sin(2k + 1)πx
(2k + 1)πat 2`
Hướng dẫn: Ta giải bài toán với điều kiện ban đầu u(x, 0) = hx
` , ut(x, 0) = 0.
28 Tìm phương trình dao động tự do của sợi dây hữu hạn có đầu x = 0 được giữ cố định tại gốc toạ độ, đầu x = ` tự do Ban đầu sợi dây nằm yên và có vận tốc không đổi bằng v0
ĐS:
u(x, t) = 8v0`
aπ2
∞
X
k=0
1 (2k + 1)2sin(2k + 1)πx
(2k + 1)πat 2`
29 Tìm phương trình dao động tự do của sợi dây hữu hạn có đầu x = 0 được giữ cố định tại gốc toạ độ, đầu x = ` tự do Ban đầu sợi dây có hình dạng được cho bởi u(x, 0) = −εx2 và
có vận tốc không đổi bằng v0
ĐS:
u(x, t) = 8`
π2
∞
X
k=0
1 (2k + 1)2 sin(2k + 1)πx
2`
v0
a sin
(2k + 1)πat 2`
+ 2ε`
2 (2k + 1)π − (−1)
k
cos(2k + 1)πat
2`
30 Tìm phương trình dao động tự do của sợi dây hữu hạn có đầu x = 0 được giữ cố định tại gốc toạ độ, đầu x = ` tự do Ban đầu sợi dây có hình dạng được cho bởi u(x, 0) = 4hx(` − x)
`2 và
có vận tốc tỉ lệ với khoảng cách đến gốc toạ độ
ĐS:
u(x, t) = 8
π2
∞
X
k=0
sin(2k + 1)πx
2`
2v0`2(−1)k (2k + 1)3πasin
(2k + 1)πat 2`
(2k + 1)2(−1)k− 4
(2k + 1)π cos(2k + 1)πat
2`
Hướng dẫn: Ta giải bài toán với điều kiện ban đầu ut(x, 0) = v0x
31 Tìm phương trình dao động tự do của sợi dây hữu hạn có đầu x = 0 tự do, đầu x = ` được giữ cố định Ban đầu sợi dây nằm yên và có vận tốc tỉ lệ với khoảng cách đến gốc toạ độ ĐS:
u(x, t) = −8v0`
2
π2a
∞
X
k=0
1 (2k + 1)2
2 (2k + 1)π − (−1)
k
cos(2k + 1)πx
(2k + 1)πat 2`
Trang 732 Tìm phương trình dao động của một sợi dây hữu hạn gắn chặt ở đầu mút x = 0 còn mút
x = ` chuyển động theo quy luật u(`, t) = A sin ωt Biết độ lệch và vận tốc ban đầu bằng không
ĐS:
u(x, t) = A
sinω`a sin
ωx
a sin ωt +
2ωAa`
(kπa)2− (ω`)2(−1)k
∞
X
k=1
sinkπx
` sin
kπat
`
Hướng dẫn: Tìm hàm u(x, t) dưới dạng u(x, t) = V (x, t) + W (x, t), trong đó hàm V (x, t) thoả mãn phương trình dao động tự do với các điều kiện V (0, t) = 0, V (`, t) = A sin ωt, còn hàm
W (x, t) thoả mãn điều kiện W (0, t) = 0, W (`, t) = 0, W (x, 0) = 0,
Wt(x, 0) = −Vt(x, 0)
33 Tìm dao động của một thanh đồng chất có đầu x = 0 cố định, còn đầu x = ` chịu tác dụng của lực Q lên một đơn vị diện tích dọc theo thanh, biết rằng độ lệch và vận tốc ban đầu bằng không
ĐS:
u(x, t) = Qx
8Q`
π2E
∞
X
k=0
(−1)k (2k + 1)2sin(2k + 1)πx
(2k + 1)πat 2`
34 Một sợi dây đồng chất gắn chặt ở hai đầu x = 0 và x = ` Tại thời điểm ban đầu t = 0 được căng lên ở độ cao h ở điểm x = x0 và sau đó buông ra không có vận tốc đầu Hãy tính năng lượng của dao động tử thứ n của sợi dây
ĐS: En= ρ
h2
a2`2
π2n2x0(` − x0)2 sinnπx0
` Chỉ dẫn: năng lượng của dao động tử thứ n của sợi dây dao động ngang là
En= 1 2
Z `
0
h ρ
∂un
∂t
2
+ T
∂un
∂x
2i dx trong đó T là sức căng, ρ là khối lượng trên một đơn vị chiều dài của sợi dây
35 Một màng hình vuông đồng chất cạnh `, lúc t = 0 có độ lệch được xác định theo biểu thức u(x, y, 0) = Axy(` − x)(` − y), dao động không vận tốc đầu Hãy xác định dao động của màng
ở thời điểm t > 0
ĐS:
u(x, y, t) = 64A`
2
π6
∞
X
m=0
∞
X
n=0
1 (2m + 1)3
1 (2n + 1)3 sin(2m + 1)πx
(2n + 1)πy
`
× cosp(2m + 1)2+ (2n + 1)2πat
`
36 Một màng chữ nhật 0 6 x 6 `, 0 6 y 6 m, gắn chặt ở mép, lúc t = 0 bị một xung lượng p tập trung tại tâm của màng sao cho:
p = lim
ε→0
Z Z
σ ε
ρv0dxdy
trong đó ρ là mật độ bề mặt, v0 là vận tốc ban đầu, σε là miền lân cận của tâm của màng Xác định dao động của màng tại thời điểm t > 0
Trang 8u(x, y, t) = 4p
aπ`mρ
∞
X
k=1
∞
X
n=1
sinkπ
2 sin
nπ 2 r
k
`
2
+
n m
2 sin
r
k
`
2
+n m
2
πat sinkπx
` sin
nπy m
37 Tìm phân bố nhiệt độ trong thanh ở thời điểm t > 0, nếu hai đầu mút của thanh được giữ ở nhiệt độ bằng 0 Tại thời điểm ban đầu t = 0, thanh có nhiệt độ không đổi bằng T0
ĐS:
u(x, t) = 4T0
π
∞
X
n=0
1 2n + 1sin
(2n + 1)πx
−(2n+1) 2 π 2 a 2 t/` 2
38 Tìm phân bố nhiệt độ ở thời điểm t > 0 trong một thanh đồng chất không có nguồn nhiệt,
có độ dài `, có thành bên cách nhiệt, hai đầu được giữ ở nhiệt độ bằng 0, phân bố nhiệt ban đầu có dạng:
ϕ(x) = cx(` − x)
`2
ĐS
u(x, t) = 8c
π3
∞
X
n=0
1 (2n + 1)3 sin(2n + 1)πx
−(2n+1) 2 π 2 a 2 t/` 2
39 Tìm phân bố nhiệt độ ở thời điểm t > 0 trong một thanh đồng chất không có nguồn nhiệt,
có độ dài `, có thành bên cách nhiệt, hai đầu được giữ ở nhiệt độ bằng 0, phân bố nhiệt ban đầu có dạng:
ϕ(x) =
x nếu 0 6 x 6 `/2
` − x nếu `/2 6 x 6 ` ĐS:
u(x, t) = 4`
π2
∞
X
n=0
(−1)n (2n + 1)2 sin(2n + 1)πx
−(2n+1) 2 π 2 a 2 t/` 2
40 Tìm phân bố nhiệt độ ở thời điểm t > 0 trong một thanh đồng chất không có nguồn nhiệt,
có độ dài `, có thành bên cách nhiệt, hai đầu được giữ ở nhiệt độ bằng 0, phân bố nhiệt ban đầu có dạng:
ϕ(x) = shx ĐS
u(x, t) = −2πsh`
∞
X
k=1
k(−1)k (kπ)2+ `2 sinkπx
` e
−k 2 π 2 a 2 t/` 2
41 Tìm sự phân bố nhiệt độ trong một thanh đồng chất,trong thanh không có nguồn nhiệt, có hai đầu mút cách nhiệt Biết nhiệt độ ban đầu trong thanh có dạng:
u(x, 0) = Ax(` − x)
` ĐS
u(x, 0) = A`
6 −
A`
π2
∞
X
n=1
1
n2cos2nπx
` e
−4n 2 π2a2t/`2
Trang 942 Tìm phân bố nhiệt trong một thanh đồng chất có đầu mút x = 0 cách nhiệt, còn đầu mút x = ` luôn luôn giữ ở nhiệt độ bằng không Nhiệt độ ban đầu trong thanh không đổi ϕ(x) = u0= const và trong thanh không có nguồn nhiệt
ĐS
u(x, t) = 4u0
π
∞
X
k=0
(−1)k 2k + 1cos
(2k + 1)πx
−(2k+1) 2 π 2 a 2 t/4` 2
43 Tìm phân bố nhiệt trong một thanh đồng chất có đầu mút x = 0 cách nhiệt, đầu mút x = ` luôn luôn được giữ ở nhiệt độ bằng không Trong thanh không có nguồn nhiệt Nhiệt độ ban đầu trong thanh có dạng:
ϕ(x) = cx(` − x)
`2
u(x, t) = 8c
π2
∞
X
k=0
1 (2k + 1)2
h 4(−1)k (2k + 1)π − 1
i cos(2k + 1)πx
−(2k+1) 2 π 2 a 2 t/4` 2
44 Tìm phân bố nhiệt trên một thanh hữu hạn, chiều dài `, có biên x = 0 được giữ cách nhiệt, biên x = ` được giữ ở nhiệt độ bằng 0 Phân bố nhiệt ban đầu trong thanh có dạng ϕ(x) = chx Trong thanh không có nguồn nhiệt
ĐS
u(x, t) = 4πch`
∞
X
n=0
(2n + 1)(−1)n (n + 1)2π2+ 4`2cos(2n + 1)πx
−(2n+1) 2 π2a2t/4`2
45 Tìm phân bố nhiệt độ trên một thanh hữu hạn, chiều dài `, có biên x = 0 được giữ ở nhiệt
độ bằng 0, biên x = ` cách nhiệt Tại thời điểm ban đầu, thanh có nhiệt độ không đổi bằng
T0
ĐS:
u(x, t) = 4T0
π
∞
X
k=0
1 2k + 1sin
(2n + 1)πx
−a 2 (2n+1) 2 π 2 t/4` 2
46 Tìm phân bố nhiệt độ trên một thanh hữu hạn, chiều dài `, có biên x = 0 được giữ ở nhiệt
độ bằng 0, biên x = ` cách nhiệt Tại thời điểm ban đầu, nữa đầu của thanh có nhiệt độ bằng không, còn nữa sau của thanh có nhiệt độ không đổi bằng T0
ĐS:
u(x, t) = 4T0
π
∞
X
k=0
1 2k + 1cos
(2k + 1)π
(2n + 1)πx
−a 2 (2n+1) 2 π 2 t/4` 2
47 Tìm phân bố nhiệt độ trên một thanh hữu hạn, chiều dài `, có biên x = 0 được giữ ở nhiệt
độ bằng 0, biên x = ` cách nhiệt Phân bố nhiệt ban đầu tỉ lệ với khoảng cách từ điểm đó đến gốc toạ độ
ĐS
u(x, t) = 8c`
π2
∞
X
n=0
(−1)n (2n + 1)2sin(2n + 1)πx
−a 2 (2n+1) 2 π 2 t/4` 2
Hướng dẫn: Giải bài toán với điều kiện biên u(0, t) = 0, ux(`, t) = 0, và điều kiện ban đầu u(x, 0) = cx
Trang 1048 Tìm sự phân bố nhiệt trong một thanh có đầu mút x = 0 cách nhiệt Nhiệt độ môi trường u∗` tiếp xúc với đầu mút x = ` luôn luôn giữ ở nhiệt độ bằng 0 Tại thời điểm t = 0, tất cả các điểm của thanh được nâng lên nhiệt độ không đổi u0 = const Trong thanh không có nguồn nhiệt
ĐS:
u(x, t) = u0
∞
X
n=1
(−1)n−1 2(k
2βn2+ h2)
`(k2β2
n+ h2) + hk
h
βnpkβ2
n+ h2cos βnxe−a2βn2t
Hướng dẫn: Bài toán dẫn đến giải phương trình
ut− a2uxx = 0 thoả mãn điều kiện đầu
u(x, 0) = u0
và điều kiện biên
ux(0, t) = 0 hu(`, t) = −kux(`, t)
49 Tìm nghiệm của bài toán Dirichlet đối với phương trình trong miền tròn tâm O bán kính R, biết giá trị trên biên của nghiệm là u(R, ϕ) = R cos ϕ
ĐS:
u(r, ϕ) = r cos ϕ
50 Tìm nghiệm của bài toán Dirichlet đối với phương trình trong miền tròn tâm O bán kính R, biết giá trị trên biên của nghiệm là u(R, ϕ) = R2sin 2ϕ
ĐS:
u(r, ϕ) = r2sin 2ϕ
51 Tìm nghiệm của bài toán Dirichlet đối với phương trình trong miền tròn tâm O bán kính R, biết giá trị trên biên của nghiệm là u(R, ϕ) = A + B sin ϕ
ĐS:
u(r, ϕ) = A +B
Rr sin ϕ
52 Tìm nghiệm của bài toán Dirichlet đối với phương trình trong miền tròn tâm O bán kính R, biết giá trị trên biên của nghiệm là u(R, ϕ) = 2R(cos ϕ + sin ϕ)
ĐS:
u(r, ϕ) = 2r(cos ϕ + sin ϕ)
53 Giải bài toán Dirichlet đối với hình tròn x2+ y2 = r2 6 R2, biết giá trị của nghiệm trên biên
là u(R, ϕ) = 2(x2+ y)
ĐS:
u(x, ϕ) = R2+ 2r sin ϕ + r2cos 2ϕ
54 Tìm nghiệm của bài toán Dirichlet trong hình tròn tâm O bán kính 2, biết giá trị trên biên của nghiệm là u(R, ϕ) = x2− xy + 2
ĐS:
u(r, ϕ) = 4 + r
2
2(cos 2ϕ − sin 2ϕ)
Trang 1155 Tìm nghiệm của bài toán Dirichlet trong hình tròn tâm O bán kính R, biết giá trị trên biên của nghiệm là u(R, ϕ) = sin3ϕ
ĐS:
u(r, ϕ) = r
4R(3 sin ϕ −
r2
R2sin 3ϕ)
56 Tìm nghiệm của bài toán Dirichlet trong hình tròn tâm O bán kính R, biết giá trị trên biên của nghiệm là u(R, ϕ) = sin4ϕ
ĐS:
u(r, ϕ) = 3
8 −
r2 2R2cos 2ϕ + r
4
8R4 cos 4ϕ
57 Tìm nghiệm của bài toán Dirichlet trong hình tròn tâm O bán kính R, biết giá trị trên biên của nghiệm là u(R, ϕ) = x2y
ĐS:
u(r, ϕ) = r
4(R
2sin ϕ + r2sin 3ϕ)
58 Giải bài toán Dirichlet trong miền chữ nhật (0 6 x 6 a; 0 6 y 6 b) với các điều kiện
u(0, y) = Ay(b − y), u(a, y) = 0, u(x, 0) = 0, u(x, b) = 0 ĐS:
u(x, y) = −8Ab
2
π3
∞
X
n=0
sh(2n + 1)π(x − a)
b (2n + 1)3sh(2n + 1)πa
b
sin(2n + 1)πy
b
59 Giải bài toán Dirichlet trong miền chữ nhật (0 6 x 6 a; 0 6 y 6 b) với các điều kiện
u(0, y) = A sinπy
b , u(a, y) = 0, u(x, 0) = 0, u(x, b) = 0
60 Giải bài toán Dirichlet trong miền chữ nhật (0 6 x 6 a; 0 6 y 6 b) với các điều kiện
u(0, y) = Ay(b − y), u(a, y) = 0, u(x, 0) = B sinπx
a , u(x, b) = 0 ĐS:
u(x, y) = −8Ab
2
π3
∞
X
n=0
sh(2n + 1)π(x − a)
b (2n + 1)3sh(2n + 1)πa
b
sin(2n + 1)πy
B
shπb a
shπ(y − b)
πx a
61 Giải bài toán Dirichlet trong miền chữ nhật (0 6 x 6 a; 0 6 y 6 b) với các điều kiện
u(0, y) = A, u(a, y) = Ay, u(x, 0) = 0, u(x, b) = 0 ĐS:
u(x, y) = A −4Ab
π2
∞
X
n=0
1 (2n + 1)2sh(2n + 1)πa
b
sh(2n + 1)πx
(2n + 1)πy b