Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Giáo dục - Đào tạo Cao đẳng - Đại học Phương pháp số giải bài toán ngược phương trình truyền nhiệt có nguồn nhiệt...

Tài liệu Phương pháp số giải bài toán ngược phương trình truyền nhiệt có nguồn nhiệt

.PDF
54
144
123

Mô tả:

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------*--*--*------------ TRẦN HỮU LƯƠNG PHƯƠNG PHÁP SỐ GIẢI BÀI TOÁN NGƯỢC PHƯƠNG TRÌNH TRUYỀN NHIỆT CÓ NGUỒN NHIỆT LUẬN VĂN THẠC SĨ TOÁN HỌC Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2010   ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------*--*--*------------ TRẦN HỮU LƯƠNG PHƯƠNG PHÁP SỐ GIẢI BÀI TOÁN NGƯỢC PHƯƠNG TRÌNH TRUYỀN NHIỆT CÓ NGUỒN NHIỆT CHUYÊN NGHÀNH Mã số : GIẢI TÍCH : 60 46 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ TOÁN HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Đặng Đức Trọng Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2010       LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành đối với Thầy PGS.TS. Đặng Đức Trọng, Thầy đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và truyền đạt nhiều ý kiến quý báu để tôi hoàn thành bản luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong hội đồng chấm luận văn đã dành thời gian đọc và đóng góp nhiều ý kiến quý giá, thiết thực cho bản luận văn . Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến quý Thầy Cô trong tổ Toán – Tin Học trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Thành Phố Hồ Chí Minh đã trực tiếp giảng dạy và trang bị đầy đủ kiến thức cơ bản làm nền tảng cho tôi trong quá trình viết luận văn . Tôi xin tỏ lòng biết ơn đến gia đình tôi, quý thầy cô và bạn bè đã hỗ trợ, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Trần Hữu Lương     MỤC LỤC Lời cảm ơn………………………………………………………………………………..... Mục lục…………………………………………………………………………………….. 1.Phần 1- MỞ ĐẦU VÀ KÝ HIỆU……………………………………………………….1 1.1 Mở đầu…………………………………………………………………………......1 1.2 Ký hiệu……………………………………………………………………………..3 2.Phần 2- CÁC KIẾN THỨC LIÊN QUAN……………………………………………...4 2.1 Bài toán thuận. Bài toán ngược………………………………………………..4 2.2 Bài toán chỉnh hóa. Bài toán không chỉnh. Sự chỉnh hóa…………………….4 2.3 Hàm nguyên……………………………………………………………………5 2.4 Bất đẳng thức Holder…………………………………………………………..5 2.5 Hệ trực giao, hệ trực chuẩn. Đẳng thức Parseval……………………………...6 2.6 Bất đẳng thức Jensen…………………………………………………………..7 2.7 Công thức tích phân Cauchy. Thặng dư……………………………………….8 2.8 Định lý Beurling………………………………………………………………10 3.Phần 3- CÁC ĐỊNH LÝ…………………………………………………………..........11 3.1 Bài toán………………………………………………………………………...11 3.2 Các định lý …………………………………………………………………….13 3.2.1. Định lý 1. …………………………………………………………..13 3.2.2. Định lý 2. …………………………………………………………..13 3.3 Các bổ đề………………………………………………………………………14 3.3.1. Bổ đề 1……………………………………………………………...14 3.3.2. Bổ đề 2……………………………………………………………...16 3.3.3. Bổ đề 3……………………………………………………………...19 3.3.4. Bổ đề 4……………………………………………………………...22 3.3.5. Bổ đề 5……………………………………………………………...27 3.3.6. Bổ đề 6……………………………………………………………...29 3.4 Chứng minh các định lý ………………………………………………………..32 3.4.1. Chứng minh định lý 1 ……………………………………………...32 3.4.2. Chứng minh định lý 2 ……………………………………………...34 3.5 Giải số…………………………………………………………………………..37 3.5.1. Thuật toán………………………………………………………….37 3.5.2. Ví dụ minh họa…………………………………………………….39 3.5.2.1. Ví dụ 1…………………………………………………….39 3.5.2.2. Ví dụ 2…………………………………………………….40 3.6 Kết luận…………………………………………………………………………45 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………………48 Phần 1 MỞ ĐẦU VÀ KÝ HIỆU 1  ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐    PHẦN 1 MỞ ĐẦU VÀ KÝ HIỆU 1.1. Mở đầu. Các bài toán ngược đóng vai trò quan trọng trong chính vấn đề nội tại của toán học cũng như trong thực tiễn, trong luận văn này ta xét bài toán sau Giả sử T > 0, t ∈(0, T), Ω = (0, 1) × (0, 1), (x, y) ∈ Ω , g ∈ L1 (Ω), ϕ ∈ L1 (0, T ) ( g, ϕ là hai hàm cho trước ). Khi đó, bài toán (1) được phát biểu như sau Cho phương trình (x,y,t) = (x,y,t) + (x,y,t) + ϕ (t ) .f(x,y), (x, 0, t) = (x, 1, t) = 0, Với i. u(x, y, 0) = g(x, y), ii. u(1, y, t) = 0, iii. (0, y, t) = (1, y, t) = Yêu cầu xác định cặp hàm ( u, f ) là nghiệm của hệ (1) . Vấn đề là, trong trường hợp tổng quát chúng ta có thể không tìm được chính xác u(x, y, t) và f(x, y) thỏa bài toán trên. Do vậy, ở đây, chúng ta cần xây dựng một hàm chỉnh hóa của f(x,y) trên cơ sở các dữ liệu xấp xỉ. Phương pháp được áp dụng ở đây là dùng phương pháp nội suy ta tìm các hệ số của chuỗi Fourier khai triễn của f, sau đó dùng phương pháp chặt cụt chuỗi Fourier ta sẽ xây dựng được nghiệm chỉnh hóa. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐  Tháng 08/ 2010  Phần 1 MỞ ĐẦU VÀ KÝ HIỆU 2  ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐    Nếu gọi ε là sai số giữa dữ liệu đã cho và dữ liệu chính xác thì sai số giữa nghiệm chính xác và nghiệm chỉnh hóa sẽ có bậc [ ln(ε −1 ) ]-1 . Nội dung chính của luận văn gồm các phần sau Phần 1: MỞ ĐẦU VÀ KÝ HIỆU Phần2: CÁC KIẾN THỨC LIÊN QUAN Phần3: CÁC ĐỊNH LÝ Mục đích của luận văn này là xây dựng nghiệm chỉnh hóa của f(x,y), do đó các kiến thức về 1. Bài toán thuận. Bài toán ngược. 2. Bài toán chỉnh hóa. Bài toán không chỉnh. Sự chỉnh hóa. 3. Hàm nguyên. 4. Bất đẳng thức Holder. 5. Hệ trực giao, hệ trực chuẩn. Đẳng thức Parseval. 6. Bất đẳng thức Jensen. 7. Công thức tích phân Cauchy. Thặng dư. 8. Định lý Beurling được sử dụng để xây dựng nghiệm chỉnh hóa đó. Trong kết quả chính, phần xây dựng sơ đồ chỉnh hóa cho f được mô tả lại theo nội dung bài báo “Determine the spacial term of a two-dimensional heat source ” của nhóm tác giả Dang Duc Trong, Pham Ngoc Dinh Alain và Phan Thanh Nam. Ngoài ra, trên nội dung bài toán đó ta có thể giải được một bài toán khác được phát biểu sau khi chứng minh định lý chính. Cuối cùng là 2 ví dụ về giải số nhằm minh họa lại các kết quả trên. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐  Tháng 08/ 2010  Phần 1 MỞ ĐẦU VÀ KÝ HIỆU 3  ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐    1.2. Ký hiệu. Dưới đây là một số ký hiệu được dùng trong luận văn này . : chuẩn trong một không gian 1. định chuẩn nào đó . Lp( Ω ): tập các hàm đo được theo 2. nghĩa Lebesgue trên Ω và ∫ | f(t) | p dt < +∞ Ω với chuẩn f = ( ∫ f ( x) )1/ p . p p L Ω 3. C( Ω ): không gian các hàm liên tục trên Ω với chuẩn   f C (Ω) = sup { f ( x ) : x ∈ Ω} .   Ck( Ω ): không gian các hàm liên 4. tục và khả vi đến cấp k trên Ω với chuẩn p f C (Ω) k { } = ∑ sup f ( k ) ( x) : x ∈ Ω . k =0   5. C ∞ (Ω) :  không gian các hàm liên tục và khả vi mọi cấp trên Ω .   6. Hp( Ω ) (với p = 1, 2): không gian các hàm của L2( Ω ) sao cho f và các đạo hàm yếu của nó tới bậc p có chuẩn trong L2 hữu hạn với chuẩn ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐  Tháng 08/ 2010  Phần 1 MỞ ĐẦU VÀ KÝ HIỆU 4  ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐    p f H (Ω) p = (∑ ∫ f ( k ) ( x) dx)1/2 . 2 k =0 Ω ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐  Tháng 08/ 2010  Phần 2 KIẾN THỨC LIÊN QUAN 4 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- PHẦN 2 KIẾN THỨC LIÊN QUAN 2.1. Bài toán thuận. Bài toán ngược. Cho X , Y là hai không gian định chuẩn và f: X  Y là một ánh xạ. Khi đó ta nói, Bài toán thuận là : cho f và x  X, ta cần tính giá trị của f(x), Bài toán ngược là : cho f và y  Y, ta cần giải phương trình f(x) = y theo ẩn x. 2.2.Bài toán chỉnh hóa. Bài toán không chỉnh. Sự chỉnh hóa. Cho X , Y là hai không gian định chuẩn và f: X  Y là một ánh xạ. Phương trình f(x) = y được gọi là chỉnh nếu thỏa các điều kiện sau đây i. Sự tồn tại: Với mỗi y Y, tồn tại x  X sao cho f(x) = y. ii. Sự duy nhất: Với mỗi y Y, tồn tại nhiều nhất một x  X để f(x) = y. iii. Tính ổn định: Nghiệm x phụ thuộc liên tục trên dữ liệu y (tức là: với mỗi dãy (xn)  X : f(xn)  f(x) thì kéo theo xn  x hay dãy dữ liệu nhiễu hội tụ đến dãy dữ liệu chính xác thì nghiệm nhiễu sẽ hội tụ đến nghiệm chính xác). Nếu nghiệm x không phụ thuộc liên tục vào dữ liệu y thì khi f(xn)  f(x) có thể xn không hội tụ đến x hoặc xn sẽ dần đến vô cùng . Để xét tính chỉnh của một bài toán, ta thường đưa nó về dạng phương trình f(x) = y rồi xét sự chỉnh hóa của bài toán này. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tháng 08/2010 Phần 2 KIẾN THỨC LIÊN QUAN 5 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Bài toán không chỉnh là bài toán không thỏa mãn ít nhất một trong ba điều kiện của bài toán chỉnh. Sự chỉnh hóa là việc ta xét sự xấp xỉ giữa nghiệm chính xác (nếu tồn tại) với nghiệm xấp xỉ của bài toán nhiễu và đồng thời nghiệm xấp xỉ phải ổn định theo dữ liệu nhiễu. 2.3. Hàm nguyên. Hàm f: C  C được gọi là hàm nguyên nếu nó giải tích trên toàn bộ mặt phẳng phức. Để f(z) là hàm nguyên, điều kiện cần và đủ là ta phải có n f ( n ) ( z0 )  0, khi n   n! đối với ít nhất một điểm z0. Trong trường hợp đó chuỗi Taylor của hàm f(z) sẽ hội tụ khắp mặt phẳng phức. 2.4. Bất đẳng thức Holder. Bất đẳng thức Holder là một bất đẳng thức cơ bản liên quan đến các không gian Lp. Giả sử i. S là một không gian đo, ii. 1 ≤ p, q ≤ ∞ thỏa 1/p + 1/q = 1 ( p và q được gọi là liên hợp Holder lẫn nhau), iii. f  Lp(S) và g  Lq(S). Khi đó ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tháng 08/2010 Phần 2 KIẾN THỨC LIÊN QUAN 6 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- f.g  L1(S) và f .g 1  f p . g q Trong trường hợp không gian của các hàm giá trị phức khả tích, chúng ta có  p 1/ p  f ( x) g ( x)dx   f ( x) dx 1/ q  .  g ( x) dx  q . 2.5.Hệ trực giao, hệ trực chuẩn. Đẳng thức Parseval. 2.5.1. Hệ trực giao, hệ trực chuẩn. Xét trên L2((-  ,  )), Dãy hàm  g n n  N  được gọi là hệ trực giao nếu   g m ( x).g n ( x) dx  0, m  n,   g và nếu hệ n n  N  có thêm tính chất  g 2 m ( x) dx  1 , ta nói hệ  g n n  N  là trực  chuẩn. Cho f  L2((-  ,  )), với hệ trực chuẩn {gn}, ta đặt  cn = f ( x).g n ( x )dx, n  N ,    thì ta gọi c g n n là chuỗi Fourier của hàm f ứng với hệ trực chuẩn {gn}. n 0 Khi đó, ta có bất đẳng thức Bessel là     f 2 ( x )dx  2 k c . n 0 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tháng 08/2010 Phần 2 KIẾN THỨC LIÊN QUAN 7 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Và hệ trực chuẩn {gn} được gọi là đầy đủ trong L2 nếu   f 2 ( x ) dx   c 2 k , f  L2 . n 0  2.5.2. Đẳng thức Parseval. Cho f  L2((-  ,  )) và chuỗi Fourier của f là a0    (an cos nx  bn sin nx) , với 2 n 1 an  bn  1  1    f (t )cos(nt )dt , n  0,1, 2,...   f (t )sin( nt ) dt , n  1, 2,...   Khi đó, ta có hệ trực chuẩn cos nx sin nx   1 cos x sin x , , ,..., , ,...       2  là đầy đủ và 1     a02  2 f ( x) dx    (ak  bk2 ) . 2 k 1 2 2.6. Bất đẳng thức Jensen. Với mọi hàm lồi f trên (a, b) và với mọi a1, a2, …, an  (a, b), ta có ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tháng 08/2010 Phần 2 KIẾN THỨC LIÊN QUAN 8 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- f (a1 )  f (a2 )  ...  f (an ) 1  f [ ( a1  a2  ...  an )] , n n Với mọi hàm lõm f trên (a,b) và với mọi a1, a2, …, an  (a, b), ta có f (a1 )  f (a2 )  ...  f (an ) 1  f [ ( a1  a2  ...  an )] . n n Ở đây, nếu f có đạo hàm cấp hai trên (a, b) thì f là hàm lồi trên khoảng (a, b)  f ’’(x)  0, x  (a, b) , f là hàm lõm trên khoảng (a, b)  f ’’(x)  0, x  (a, b) . 2.7. Công thức tích phân Cauchy. Thặng dư. 2.7.1. Công thức tích phân Cauchy (1). Giả sử hàm f(z) giải tích trong miền n-liên, giới nội trên D và liên tục trên miền kín D thì z  D ta có f ( z)  1 2 i f (t )  t  z dt , C với C là biên của miền D lấy theo chiều dương (chiều mà khi di chuyển trên C thì miền D nằm bên trái) . 2.7.2. Thặng dư (2). (1) Xem [2], tr 69. (2) Xem [2], tr 96. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tháng 08/2010 Phần 2 KIẾN THỨC LIÊN QUAN 9 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Giả sử i. a là điểm bất thường cô lập của hàm giải tích f(z) và ii. C là một đường cong kín, liên tục, không có điểm bội và trơn từng khúc giới hạn một miền D chứa a, f(z) giải tích trong miền D trừ a. iii. Khi đó, a) Thặng dư của f(z) tại a là Res[f(z), a] : = 1 2 i  f ( z)dz , C với chiều đi trên C là chiều dương. b) Nếu khai triển Laurent của f(z) quanh a có dạng n  f ( z)   k ( z  a) n n n  thì từ tích phân Cauchy ta suy ra Res[f(z), a] = k -1. Và ta cũng có hai kết quả sau về thặng dư Định lý 1(1) Nếu f(z) giải tích trong miền kính D giới hạn bởi đường cong kín C trừ một số điểm bất thường cô lập a1, a2, a3, …, an nằm trong D thì (1) Xem [2] tr 99. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tháng 08/2010 Phần 2 KIẾN THỨC LIÊN QUAN 10 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- n  f ( z )dz  2 i  R es[f(z), a k ]. k 1 C Định lý 2(1) Giả sử hàm f(z) giải tích trong toàn mặt phẳng, trừ một số hữu hạn điểm bất thường a1, a2, a3, …, an . n  Re s[f(z), a Khi đó k ]  R es[f(z), ] = 0. k 1 2.8. Định lý Beurling(2) Cho f(z) là hàm giải tích trong miền D  { z   arg z   } ,   Đặt Mf(r) = sup f ( rei ) ,      , ( r = /z/ ). Khi đó ta có định lý sau Với mọi hàm nguyên f(z) và với mọi  [0,2 ] , ta có lim sup[ →r ∞ + (1) Xem [2] tr 100. (2) Xem [7], phần 3, tr 6. ln f(reiθ ) ln M f (r) ]  - 1. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tháng 08/2010 Phần 3 CÁC ĐỊNH LÝ 11 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- PHẦN 3 CÁC ĐỊNH LÝ 3.1. Bài toán. Giả sử T > 0, t(0, T),  = (0, 1)  (0, 1), (x, y)   , g  L1 (),   L1 (0, T ) ( với g và  là hai hàm cho trước). Khi đó, bài toán (1) được phát biểu như sau Cho phương trình (x,y,t) = i. u(x, y, 0) = g(x, y), ii. u(1, y, t) = 0, iii. (0, y, t) = (1, y, t) = (x,y,t) + (x, 0, t) = (x,y,t) +  (t ) .f(x,y), với (x, 1, t) = 0, Yêu cầu xác định cặp hàm ( u, f ) là nghiệm của hệ (1). Đây là bài toán không chỉnh. Để xây dựng nghiệm chỉnh hóa của hệ (1) ta cần một số các ký hiệu sau đây 1. u  u xx ( x, y , t )  u yy ( x, y , t ) , 2. G ( )( ,  )    ( x, y ) cosh( x)cos(  y )dxdy ,  ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tháng 08/2010 Phần 3 CÁC ĐỊNH LÝ 12 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- T 3. D ( )( ,  )   e ( 2  2 )t . (t )dt , 0  G( )( ,  ) , ( D( )( ,  )  0)  , 4. H ( ,  )( ,  )   D( )( ,  ) 0 ,( D( )( ,  )  0)  (với   L1 ( ) ,   L1 (0, T ) ,  ,   C ). 1, (m  n  0),  5. K ( m, n)  2, ( m  n  0  n  m  0), 4, (m, n  0).  p 6. L[A; ]( z )    ( j 1 7. r  Z  [ k j z  xk ) ( x j ), x j  xk A   x1 , x2 ,..., x p  , ln( 1 ) ln( 1 ) ,  1 ], 50 50 8. B (r )  (4r  j ), j  1, 2,...,20r  , 9. F (m, n)  L[B (r ); H ( , g )(., n )](im ) , 10. f ( x, y )   K (m, n)F (m, n)cos(m x)cos(n y ), 0  m ,n  r 11. n ( z )  G ( )( z , n ). Ngoài ra, với   L2 ( ); m, n  Z , ta có G ( )(im , n )    ( x, y ) cos(m x )cos( n y ) dxdy.  Và   là hệ trực chuẩn trong L2, K ( m, n ).cos( m x ).cos( n y ) m ,n  0 nên ta có biểu diễn  ( x, y )   K ( m, n )G ( )(im , n ) cos( m x )cos( n y ) . m ,n  0 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tháng 08/2010 Phần 3 CÁC ĐỊNH LÝ 13 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3.2. Các định lý. Ta xét điều kiện (H) như sau  (t )  .t  , t  (0, T0 ), (H): T0  (0, T ),   0,   0 :    (t )  .t , t  (0, T0 ). 3.2.1. Định lý 1. (về tính duy nhất nghiệm) Giả sử g  L1 () và  thỏa (H). Khi đó hệ (1) có duy nhất nghiệm ( u, f )  (C 1 ([0,T];L1 ())  L2 (0, T ; H 2 ()), L2 ()). 3.2.2. Định lý 2. (về việc xây dựng nghiệm chỉnh hóa) Giả sử i. g0  L1 () ,  0  L1 (0, T ) và 0 thỏa (H), ii. r  Z  [ iii. (u0, f0) (C1 ([0,T];L1 ( ))  L2 (0, T ; H 2 ()), L2 ()) là nghiệm chính xác của (1) ln( 1 ) ln( 1 ) ,  1 ], B (r )  (4r  j ), j  1, 2,...,20r  , 50 50 tương ứng với các dữ liệu chính xác g0, 0 , iv.   0,   L1 (0, T ), g  L1 () sao cho    0 L1 (0,T )  , g  g 0 L1 (  )  . Khi đó nghiệm chỉnh hóa f ( x, y)   K (m, n)F (m, n)cos(m x)cos(n y) 0  m , n  r ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tháng 08/2010 Phần 3 CÁC ĐỊNH LÝ 14 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- được xây dựng từ  , g thỏa  f  C  ( R 2 ),  f  f 0 trong L2 (). lim 0  Hơn nữa, nếu f 0  H 1 () thì lim f  f0   0 trong H 1 () và tồn tại  0  0,  0 chỉ phụ thuộc vào f 0 , 0 sao cho f  f 0 2 L ()  50 . f  ln( 1 ) 0 H1 (  ) ,   (0,  0 ) . Để chứng minh hai định lý trên, chúng ta cần các kết quả được phát biểu và chứng minh dưới dạng các bổ đề sau 3.3. Các bổ đề. 3.3.1. Bổ đề 1. Giả sử (u, f ) là một nghiệm của hệ (1). Đặt: W(x,y) = cosh(αx)cos(n Với mọi (α,n) , ta có - ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tháng 08/2010
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan