Предисловие | 8 |
|
Введение | 9 |
|
§ 1. Вводные понятия и определения | 9 |
1°. Понятия дифференциального уравнения с частными производными |
и его решения | 9 |
2°. Понятие характеристической формы и классификация линейных |
уравнений второго порядка | 11 |
3°. Классификация уравнений высшего порядка | 13 |
4°. Системы уравнений с частными производными | 14 |
§ 2. Приведение, к каноническому виду линейных уравнений с частными |
производными второго порядка с двумя независимыми переменными | 15 |
1°. Характеристические кривые и характеристические направления | 15 |
2°. Приведение к каноническому виду уравнения второго порядка с |
двумя независимыми переменными | 18 |
§ 3. Простейшие примеры трёх основных типов уравнений с частными |
производными второго порядка | 21 |
1°. Уравнение Лапласа | 21 |
2°. Волновое уравнение | 24 |
3°. Уравнение теплопроводности | 27 |
4°. Постановка некоторых задач для уравнений с частными |
производными | 28 |
§ 4. Понятие интегрального уравнения | 29 |
1°. Основные определения и обозначения | 29 |
2°. Классификация линейных интегральных уравнений | 30 |
§ 5. Упрощённые математические модели некоторых явлений, изучаемых в |
физике и технике | 32 |
1°. Электростатическое поле | 32 |
2°. Колебания мембраны | 34 |
3°. Распространение тепла | 37 |
4°. Движение материальной точки под действием силы тяжести | 38 |
|
Г л а в а I. Уравнения эллиптического типа | 40 |
|
§ 1. Основные свойства гармонических функций | 40 |
1°. Определение гармонической функции и некоторые её |
элементарные свойства | 40 |
2°. Интегральное представление гармонических функций | 43 |
3°. Формулы о среднем арифметическом | 44 |
4°. Принцип экстремума и единственность решения задачи Дирихле | 46 |
§ 2. Понятие функции Грина и решение задачи Дирихле для шара и |
полупространства | 47 |
1°. Функция Грина задачи Дирихле для уравнения Лапласа | 47 |
2°. Решение задачи Дирихле для шара. Формула Пуассона | 49 |
3°. Проверка краевых условий | 52 |
4°. Решение задачи Дирихле для полупространства | 53 |
5°. Некоторые важнейшие следствия, вытекающие из формулы |
Пуассона. Теоремы Лиувилля и Гарнака | 55 |
§ 3. Потенциал объёмных масс | 57 |
1°. Непрерывность потенциала объёмных масс и его производных |
первого порядка | 57 |
2°. Существование производных второго порядка потенциала |
объёмных масс | 59 |
3°. Уравнение Пуассона | 61 |
4°. Формула Гаусса | 63 |
§ 4. Потенциалы двойного и простого слоя | 65 |
1°. Определение потенциала двойного слоя | 65 |
2°. Формулы скачка для потенциала двойного слоя и редукция |
задачи Дирихле к интегральному уравнению | 68 |
3°. Потенциал простого слоя. Задача Неймана | 71 |
4°. Внешние задачи Дирихле и Неймана | 74 |
§ 5. Некоторые сведения из общей теории линейных эллиптических |
уравнений второго порядка | 75 |
1°. Сопряжённые операторы. Формула Грина | 75 |
2°. Существование решений линейного эллиптического уравнения |
второго порядка | 77 |
3°. Постановка краевых задач | 79 |
4°. Принцип экстремума. Единственность решения задачи Дирихле | 80 |
5°. Обобщённые потенциалы простого и двойного слоя | 82 |
|
Г л а в а II. Система Коши-Римана. Элементы теории |
аналитических функций | 85 |
|
§ 1. Понятие аналитической функции комплексного переменного | 85 |
1°. Система Коши-Римана | 85 |
2°. Понятие аналитической функции | 86 |
3°. Примеры аналитических функций | 89 |
4°. Конформное отображение | 92 |
5°. Конформные отображения, осуществляемые некоторыми |
элементарными функциями и обращение этих функций. Понятие |
римановой поверхности | 96 |
§ 2. Комплексное интегрирование | 102 |
1°. Понятие комплексного интегрирования | 102 |
2°. Теорема Коши | 104 |
3°. Интегральная формула Коши | 107 |
4°. Интеграл типа Коши | 110 |
5°. Сопряжённые гармонические функции. Теорема Морера | 111 |
§ 3. Важнейшие следствия, вытекающие из интегральной формулы Коши | 113 |
1°. Принцип максимума модуля аналитической функции | 113 |
2°. Теоремы Вейерштрасса | 114 |
3°. Ряд Тейлора | 117 |
4°. Единственность аналитической функции. Теорема Лиувилля | 118 |
5°. Ряд Лорана | 119 |
6°. Понятия особых точек и вычета аналитической функции | 122 |
7°. Формула Шварца. Решение задачи Дирихле | 128 |
§ 4. Аналитическое продолжение | 131 |
1°. Понятие аналитического продолжения | 131 |
2°. Принцип непрерывности | 131 |
3°. Принцип симметрии Римана-Шварца | 132 |
§ 5. Формулы для предельных значений интеграла типа Коши и некоторые |
их приложения | 13З |
1°. Понятие интеграла в смысле главного значения по Коши | 133 |
2°. Касательная производная потенциала простого слоя | 135 |
3°. Предельные значения интеграла типа Коши | 138 |
4°. Понятие кусочно-аналитической функции | 140 |
5°. Приложения к краевым задачам | 141 |
§ 6. Функции нескольких переменных | 147 |
1°. Вводные понятия и обозначения | 147 |
2°. Понятие аналитической функции нескольких переменных | 148 |
3°. Степенной ряд с несколькими переменными | 150 |
4°. Интегральная формула Коши и теорема Тейлора | 152 |
5°. Аналитические функции действительных переменных | 154 |
6°. Конформные отображения в евклидовых пространствах | 156 |
|
Г л а в а III. Уравнения гиперболического типа | 160 |
|
§ 1. Волновое уравнение | 160 |
1°. Волновое уравнение с тремя пространственными переменными. |
Формула Кирхгофа | 160 |
2°. Волновое уравнение с двумя пространственными переменными. |
Формула Пуассона | 162 |
3°. Уравнение колебаний струны. Формула Даламбера | 163 |
4°. Понятия области зависимости, области влияния и области |
определения | 165 |
§ 2. Неоднородное волновое уравнение | 166 |
1°. Случай трёх пространственных переменных. Запаздывающий |
потенциал | 166 |
2°. Случай двух и одного пространственных переменных | 168 |
§ 3. Задачи, корректно поставленные для гиперболических уравнений | 170 |
1°. Единственность решения задачи Коши | 170 |
2°. Корректность постановки задачи Коши | 171 |
3°. Общая постановка задачи Коши | 172 |
4°. Задача Гурса | 174 |
5°. Некоторые некорректно поставленные задачи | 175 |
§ 4. Общее линейное уравнение второго порядка гиперболического типа |
с двумя независимыми переменными | 176 |
1°. Функция Римана | 176 |
2°. Задача Гурса | 180 |
3°. Задача Коши | 181 |
|
Г л а в а IV. Уравнения параболического типа | 184 |
|
§ 1. Уравнение теплопроводности. Первая краевая задача | 184 |
1°. Принцип экстремума | 184 |
2°. Первая краевая задача для уравнения теплопроводности | 186 |
§ 2. Задача Коши-Дирихле | 188 |
1°. Постановка задачи Коши-Дирихле и доказательство |
существования её решения | 188 |
2°. Единственность и устойчивость решения задачи Коши-Дирихле | 190 |
3°. Неоднородное уравнение теплопроводности | 191 |
§ 3. О характере гладкости решений уравнений с частными производными | 191 |
1°. Случай эллиптических и параболических уравнений | 191 |
2°. Случай гиперболических уравнений | 192 |
|
Г л а в а V. Интегральные уравнения | 193 |
|
§ 1. Метод последовательных приближений решения интегральных |
уравнений | 193 |
1°. Общие замечания | 193 |
2°. Построение решения уравнения Фредгольма второго рода при |
малых значениях параметра методом последовательных приближений | 194 |
3°. Интегральное уравнение Вольтерра второго рода | 196 |
§ 2. Теоремы Фредгольма | 197 |
1°. Интегральное уравнение Фредгольма второго рода с вырожденным |
ядром | 197 |
2°. Понятия итерированного ядра и резольвенты | 201 |
3°. Интегральное уравнение Фредгольма второго рода с непрерывным |
ядром | 202 |
4°. Понятие спектра | 206 |
5°. Интегральное уравнение Вольтерра второго рода с кратным |
интегралом | 208 |
6°. Интегральное уравнение Вольтерра первого рода | 209 |
§ 3. Применения теории линейных интегральных уравнений второго рода | 210 |
1°. Применение альтернативы Фредгольма в теории краевых задач |
для гармонических функций | 210 |
2°. Редукция задачи Коши для линейных обыкновенных |
дифференциальных уравнений к интегральному уравнению Вольтерра |
второго рода | 213 |
3°. Краевая задача для линейных обыкновенных дифференциальных |
уравнений второго порядка | 215 |
§ 4. Сингулярные интегральные уравнения | 218 |
1°. Понятие сингулярного интегрального уравнения | 218 |
2°. Интегральное уравнение Гильберта | 219 |
3°. Преобразование Гильберта | 222 |
4°. Интегральное уравнение теории крыла самолёта | 223 |
5°. Интегральное уравнение с логарифмическим ядром | 225 |
|
Г л а в а VI. Методы, наиболее часто применяемые на практике |
при решении уравнений с частными производными | 227 |
|
§ 1. Метод разделения переменных | 227 |
1°. Решение основной смешанной задачи для уравнения колебаний |
струны | 227 |
2°. Задача колебаний мембраны | 232 |
3°. Понятие полной ортонормированной системы функций | 235 |
4°. Случай круговой мембраны | 237 |
5°. Общие замечания относительно метода разделения переменных | 241 |
6°. Шаровые и сферические функции | 243 |
7°. Вынужденные колебания | 245 |
§ 2. Метод интегральных преобразований | 246 |
1°. Интегральные представления решений линейных обыкновенных |
дифференциальных уравнений второго порядка | 246 |
2°. Понятия преобразований Лапласа, Фурье и Меллина | 252 |
3°. Применение интегральных преобразований к задачам для |
дифференциальных уравнений с частными производными | 255 |
4°. Применение преобразования Фурье при построении глобального |
решения задачи Коши для уравнения колебаний струны | 257 |
5°. Понятие свёртки | 260 |
6°. Понятие δ-функции Дирака | 263 |
§ 3. Метод конечных разностей | 265 |
1°. Конечно-разностная замена уравнений с частными производными | 265 |
2°. Задача Дирихле для уравнения Лапласа | 266 |
3°. Первая краевая задача для уравнения теплопроводности | 268 |
4°. Общие замечания относительно метода конечных разностей | 268 |
§ 4. Асимптотическое разложение | 269 |
1°. Асимптотическое разложение функции одного переменного | 269 |
2°. Метод Ватсона построения асимптотических разложений | 274 |
3°. Метод перевала | 277 |
§ 5. Понятие о вариационных методах | 280 |
1°. Принцип Дирихле | 280 |
2°. Задача о собственных значениях | 282 |
3°. Минимизирующие последовательности | 284 |
4°. Понятие о методе Ритца | 285 |
5°. Построение приближённого решения задачи о собственных |
значениях. Понятие о методе Бубнова-Галёркина | 287 |
|
Предметный указатель | 289 |