变系数广义KdV—Burgers方程的精确类孤子解

变系数广义KdV—Burgers方程的精确类孤子解

2023年7月27日发(作者:)

/// 变系数广义KdV—Burgers方程的精确类孤子解 包永梅 . 高娃 (内蒙古财经学院统计与数学学院,呼和浩特010051) 摘要:利用一种函数变换将变系数广义KdV-Burgers方程约化为非线性常微分方程(NLODE), 并由此NLODE出发获得变系数广义KdV—Burgers方程的若干精确类孤子解。由此可见, 用这种方法还可以求解一大类变系数非线性演化方程。 关键词:变系数;广义KdV—Burgers方程;函数变换;类孤子解 1 KdV方程的求解 在研究液体内含有气泡流动以及弹性管内液体流 动等问题时.人们把控制方程归结为如下的常系数 KdV—Burgers方程: ut+uu,+au=+bu ̄=0 (1) 讨论是很有意义的。 对变系数的广义KdV—Burgers方程(3),设其解的 形式如下: u(x,t) t)H( )+g(£)日 ( ),ct=p(t) +g(£) (4) 其中 ( ,,( ),g( ),P(f),q(t):YJ待定函数。由(4) 式易得: 亏 ( )+ t)H ( )(p x+q ) q ) 其中口,b≠0.分别为耗散项和色散项系数。该方 程不仅在流体力学中得到了广泛的应用,而且在固体 物理学、等离子体物理学等学科中。也都很好地解释了 许多重要的物理现象【” 如果考虑更多的实际物理条件 时.会得到许多具有变系数的非线性演化方程。例如变 系数非均匀变系数KdV方程[21: 0( )+g(£)Ⅳ”( )(P + r(f)p( )日 ( )+苫(t)p(£)日”(0c) ( )日 ( )+g( (£) ( ) ( ) ”( )+g( )p ( ) ( ) (2) (t)( +6 )+4 1(f) 一 2( )(2 +靓 ) ltU ( )p(t)H(ct)H ( )+,(t)g(t (t)H(a)H”( ) t)g ( )p(t)H佗( ) (£)p(£)H ( )日,,( ) 它的双孤子解可定性地解释液体中非传播孤子的 相互作用 将以上各式代人(3)式,得: +^l( )( +6 )+4 2(t)u,-h3(t)(2u+ £ )+ 4(£)££ = 一2 改进算法 本文求解了比方程(2)更实际的具有变系数的广义 KdV—Burgers方程: + 1( )(u +6 )+4 2(£)z —h3(t)(2M+ )+ 4(t)“ =O (3) 2 (t 日+ -h3(t ]H x+[gp -h3(t)印] +嗡 屺+4 2 -2h3(£)g]H +[阴 +4h2(t)gp+ 4( ] +[ l(f 。+k(£) ( ] +^ ( )[ 3H" + 删,+ 0 日”+ 日 +6g 日 ]= (5) 其中hi( 1,2,3,4)为t的任意函数,即扩散系数、 色散系数以及对流项系数等仅随时间而变化。显然方 为了求解方程(5),设: f,-2h3(t) O -(6) 程(3)综合了方程(1)和方程(2)中的各物理因素,更具 有实际意义和广泛的应用空间.因此对其解的构造和 h3(t)fp=O (7) (8) 印 -h3(t)gp=O 收稿日期:2011—08-29 修稿日期:2011-09-15 作者简介:包永梅(1982一),女,内蒙古通辽人,讲师,硕士,研究方向为孤立子与可积系统 , . ……,、● \\\. ! . + +4^2(t)fp-2h3(t)g=D ̄oShl(t) (9) l + 4(£)蜀P。=Dlfp3h1(£) (10) c十4hz(t)印+h (£ 2:D0 )+(DI-1)孚hi( )(11) 其中 ,D 为任意常数,由(6),(7)式易得: ,(f) -exp[IJ a  2h3(r)dT] (12) P(£);A 3exp[f,I h3( r)dr] (13) 其中A ,A,为积分常数,再由(9)式得: 4(t :(D1—1) l(£) (14) g 将(14)式代人(11)式得: q,+4h2(t)p=Dop3hl(t) (15) 再将(15)式代/2(9)式得: 一2hs(£)g=0 (16) 由(16)式易得: g(t)=A 2exp[I 2h3(T)dz] (17) 其中 :为积分常数。由(15)式得: g(£):f [8 D0 (t)e p[fa‘ 3 3(r)dz]-4A ̄:(£)exp[fJ a (r)dr]]dt+B (18) 其中B为积分常数。 将(12),(13),(17)式代入(14)式,得: A (£);AIA 3(D--1) 。(t)exp[I ,【 ( )打] (19) J a 将(6)~(11)代人(5)式,并用 )≠0,p( )≠0得: Do Al H+。 +t H Dl瓮H”娟 HH,+6 mr,,+6 Ⅳ,2+6 ̄-H,Htt:0 (20) A 3 A 3 A 对方程(20)两边积分,并令积分常数为零,得: Do DoH'+(Dl-1) H+。、 m 删'+6A ̄2 HH,+3 日t2=O (21) A 3 A 3 A 设(21)式有如下形式的解: Hl(a)=1+tanh( ) (22) n 苗 n^^-J^^ 将(22)式代人(21)式,借助Mathematica,令tanh (0[)(i=0,1,2,3,4)的系数为零,得: .z一 + + + +D0+业+ -0, A 2 A 2A 3 A 3 A 3 A 2 A 2 +皇 + 一 堕:o, A 2A 3 A 3 A 2 A 2 s4+A 2 善一A 2A 3  一A 3  A 3 A 2 :o, 一 +丝 :0. A: A 2 —6+ :0 A: 求解方程组(23)得: D1=6, 丝,A。一4.4,,A 2=2A; (24) A 3 3 D。:6,D , 。: ,A::2A (25) 一6+ 3 -6+5A 3 将(22),(24),(25)式和(12),(13),(17),(18)式 一起代入(4)得到方程(3)的精确类孤子解: “l( ,£)=[一4A 23—4A 32tan (p(£) +g(t))+2A 23 ech (p(£) +g (t))]exp[I , t 2h,(z)dr] J a 冥中约束条件为: ,【 r l h4(£)一lQA 3hl(t)exp[IJ a h3(Jr)打],且P(f)=A 3exp[f。a (r)dr], g( )=J ,t [24A ̄一 h-(£)exp[Jr 3t h(f)dr]-4A ̄2(t)exp[J, hI (z)dr]] 柏。 ( ,t):[ + t (p(t) (t))+2A,2 。。^:(p :6—5A 3 6—5A (z (£))]exp[J (r)打] 其中约束条件为. 三 t‘ 1 ,t rI ,./q(£)=I[,a 24A hi(t)exp[IJ a 3h(r)dr]--4A ̄2(t)exp[f a h k(f): (r)dr], ^。(£)。 p[ft (f)打],且p(f) ,e p[ft 6—5A. (7)打]]dt+B。 3 3 g( )=』[— -。(t)exp[』 3^(r)dr]-4A ̄ (t)exp[』 ( ,t):[ + 。。th(p(f) +g(t))一2A 。 c :(p 6—5A 3 6—5A 6 +5A h(r)dz]]dt+B。 设(21)式有如下形式的解: H2(a)=l+eoth( ) (26) 将(26)式代入(21)式,借助Mathematica,令cothi (ot)(i=0,l,2,3,4)的系数为零,得: 一z一 + + + +D0+业+ =O. A 2 A 2A 3 A 3 A 3 A 2 A 2 + + 一 :0, 2A 3 A 3 A 2 A 2 8+ + I_一 一 一 :0, (27) A 2 A 2A 3 A 3 A 3 A 2 6A1一一+丝堕:0, A 3 A 2 —6+呈 :0 A: 求解方程组(27)得: Dr=6, ,A1=-4A ,A 2=2A; (28) A 3 Dl=6,Do= ,A。: ,A z=2A (29) 一6+5A 3 —6+5A 将(26),(28),(29)式和(12),(13),(17),(18)式 一起代入(4)得到方程(3)的精确类孤子解。 u3( ,£)=[—4A;一4A;c。th(p(t) +g(£))一2A;c8ch (p(£) +g ,【 (t))]exp[J 2h (r)dr] J a 其中约束条件为: ,t ,t h4(t)=-10A 3hl(t)exp[IJ a h3(r) ],且P(£);A 3exp[fJ a  h (Jr)dr]. (t)x+q(t))]exp[J,l 2h3 (f)打] ,a 兵中约束杀件为: 6 5A 咖xp[』 t )打],N p(£) 3exp[ —“ ( r)打], q(t)=』[ -6 +5A. ㈣exp[』 t3 一4A拟咖xp[ 。 h(r)dr]]dt+B。 3 结语 利用一种函数变换将变系数广义KdV—Burgers方 程约化为非线性常微分方程.再利用这个常微分方程 获得了变系数广义KdV—Burgers方程的若干精确类孤 子解。将这种方法推广应用到更复杂的非线性方程,值 得进一步研究。 参考文献 [1]刘式达,刘式适.湍bE ̄KdV—Burgers方程模型[J].中国科 学,1991,21A(9):938 ̄946 [2]CHAN W L,LI K S.Nonpropagating Solitons of the Variable Coefifcient and Nonisospectral KdV Equation[J].J Math Phys, 1989,30(1 1):2521-2526 【3]洪宝剑,卢殿臣,田立新.变系数组合kdV—Burgers方程的 Auto—Backlund变换和类孤子解[J].江西师范大学学报, 2006,3O(1):47-50 [4]王跃明,张金良,王明亮.变系数Buyers方程的BT与非 线性边值一初值问题,洛阳工学院学报,2000,21(3):83 86 【5】张金良,李向正,王明亮.变系数Buyers方程的一些新精 确解【J】.河南科技大学学报,2003,24(1):108一l10 【6]LIU Xi-qiang.Exact Solutions of the Variable Coefifcient KdV and S-G Type Equations,Applied Ma ̄ematies.A Journal of Chinese Universities.B 1 3(1998):25—3O (下转第20页) \  .因为回归模型本身就是要揭示变量之间长期的均衡关 系.而如果变量之间根本就不存在这种长期的均衡关 量经济学》课程讲授过程中对该门课程相关问题的几 点理解和认识.希望对在这些方面至今还比较模糊的 学习者有所帮助。 参考文献 系.我们建立模型、估计参数和对模型及参数的各种检 验都不能保证结果不出现“伪回归”的可能性 因此.协 整检验是利用时间序列变量建立回归模型之前的必须 步骤.而这也是大多数学生甚至是教师在应用和讲授 回归模型时经常容易忽略的问题 270~271 【1]庞皓.计量经济学[M】.第2版.北京:科学出版社,2010: 《计量经济学》被称为“现代经济学”的标志,其应 用也不断向纵深发展,有关《计量经济学》的前沿问题 也不断涌现。因此,其中一些基本但却重要而且容易使 人“迷糊”的内容.对于给学生传授该门课程的教师来 【2】王燕.应用时间序列分析[M】.第2版.北京:中国人民大学 出版社.2008.5 讲.是首先应该彻底明白的。本文是笔者在几年的《计 Explanations on Several Issues in Econometrics GUO Ya—fan .DU Jin—zhu (1.Department of Statistics and Mathematics,Inner Mongolia Finance and Economics,Inner Mongolia,010051; 2.Ofifce of Academic Affairs,Inner Mongolia Finance and Economics,Inner Mongolia,01005 1) Abstract:As one of eight common core eurriculums in higher school for all of the economy maiOrs,the application of Econometrics becomes wider and deeper.Discusses on the hypothesis testing,dif- ferenee on simple and muhiple regression models,what should be paied attention to when we make regression models with time series data and SO on.And provides the comprehension t}Iink. ing for those who have a hazy understanding on the problems above. Keywords:Hypothesis Testing;p-Value;Simple Regression;Multiple Regression;Cointegration (上接第5页) Exact Sol iton Li ke Sol utions of the Variable Coefficient Generalized KdV-Burgers Equation BAO Yong—mei, GAO Wa (School of Mathematics and Statistics,Inner Mongoha Finance and Economics CoHege,Huhhot 010051) Abstract:By using a transformation,the variable coeficifent generalized KdV-Burgers equation is reduced to nonlinear ordinary differential equation『NLODE).Several exact soliton-like solutions for the variable coefifcient generalized KdV-Burgers equation are obtained through use of the eolTe— sponding reduced NLODE.Form this example we call see that this method can be applied to solve a large number of nonlinear evolution equations. Keywords:Variblae Coeficifent;Generalized KdV-Burgers Equation;Function Transformation;Soliton—Like Solutions .…。一…一…. 

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