Laplasning ikkinchi tenglamasiga keltiriladigan masalalar. Dirixle masalasini yechish

Dirihle masalasini doira uchun Fur`e metodi bilan yechish.

Laplas tenglamasini qanoatlantiruvchi funksiyalar garmonik funksiyalar deyiladi.

Dirihle masalasi: tekislikda markazi koordinatalar boshida bo’lgan radiusli doira olingan bo’lib, uning aylanasida biror funksiya berilgan bo’lsin, bunda qutb burchagi. Doirada va uning chegarasida uzluksiz bo’lib, doira ichida Laplas tenglamasini

Qanoatlantiradigan hamda doira aylanasida berilgan qiymatni qabul qiladigan funksiyani topish masalasi Dirihle masalasi deyiladi.
Noldan farqli yechimni

ko’rinishda izlab, Fur’e usulidan foydalanamiz. (3) dan hosilalar olib (1) tenglamaga qo’yamiz. O’zgartiruvchilarni ajratib quyidagi

tenglamani hosil qilamiz. Bu tenglik o’zgarmas songa teng bo’lgandagina o’rinli bo’ladi. Uni deb belgilaymiz.

Bu tengliklardan ikkita tenglama hosil bo’ladi:

Bu oddiy differensial tenglamalarning umumiy yechimlarini topamiz:

(5) ning umumiy yechimi:

(6) tenglamaning yechimini ko’rinishda izlaymiz. Bu yerda ni topish kerak. ni (6) ga qo’yib quyidagini hosil qilamiz:

yoki

Hususiy yechimlar va bo’lib, umumiy yechim

(7) va (8) ni (3) ga qo’ysak,

hosil bo’ladi.

Biz doirada uzluksiz va chekli yechimni izlaymiz. bo’lganda formulada bo’lishi kerak. Agar bo’lsa, (5) va (6) tenglamalardan hosil bo’ladi. Bularni integrallab larni topamiz. da (9) bilan solishtirib ekanini topamiz. U vaqtda bo’ladi. Bu yerda deb belgiladik. musbat qiymatlar bilan chegaralanamiz.
Yechimlar yig’indisi yana o’z navbatida yechim bo’lganligi uchun

Bu yerda deb belgilash kiritdik. Endi ihtiyoriy va larni chetki (2) shartdan topamiz. da (10) dan

Bu tenglikdan,

Koeffisientlarni aniqlab, (10) ga qo’yamiz. Trigonometrik almashtirishlr bajarib, ushbuni hosil qilamiz:

Kvadrat qavs ichidagi ifodani soddalashtiramiz:

Hosil bo’lgan ifodani (13) ga qo’yamiz:

Bu formula Puasson integrali deyiladi va Dirihle masalasini doira uchun yechimini ifodalaydi.
Misol : Radiusi ga teng bo’lgan yupqa bir jinsli plastinkaning yuqori yarim qismining temperaturasi ni saqlaydi, quyi yarim qismida temperatura ga teng bo’lsa, issiqlikning stasionar tarqalish taqsimotini toping.
Yechish:
va . Issiqlikning tarqalishi

Integral bilan aniqlanadi. nuqta yuqori yarim aylanada joylashgan bo’lsin, ya`ni . U holda dan gacha o’zgaradi va bu uzunligi ga teng interval nuqtalarni o’z ichiga olmaydi. Shuning uchun almashtirish bajaraylik.

U holda

Yoki

Ifodaning o’ng qismi manfiy, demak, da tengsizlikni qanoatlantiradi. Bu hol uchun yechim:

yoki

ga teng.
Agar nuqta quyi yarim aylanada joylashgan bo’lsa: , u hoda intervalda o’zgaradi. Bu interval nuqtani esa bu intervalda yotmaydi. Shuning uchun bu yerda

U holda ning bu qiymatlari uchun:

Yuqoridagidek almashtirish bajarib

Ni topamiz. Bu yerda o’ng tomon musbat bo’lganligi uchun dan

http://fayllar.org