100% tevredenheidsgarantie Direct beschikbaar na je betaling Lees online óf als PDF Geen vaste maandelijkse kosten 4.2 TrustPilot
logo-home
Samenvatting

Summary of Partial Differnetial Equations

Beoordeling
-
Verkocht
-
Pagina's
12
Geüpload op
31-01-2023
Geschreven in
2022/2023

Contains an overview of all the different methods used for solving partial differential equations. It is the course in a document of 12 pages.










Oeps! We kunnen je document nu niet laden. Probeer het nog eens of neem contact op met support.

Documentinformatie

Heel boek samengevat?
Nee
Wat is er van het boek samengevat?
2,5,8,9,10,12
Geüpload op
31 januari 2023
Aantal pagina's
12
Geschreven in
2022/2023
Type
Samenvatting

Voorbeeld van de inhoud

Summary of Partial Differential Equations
Jonathan Pilgram
January 31, 2023


1 Eigenfunction techniques
The general idea is to define a linear set of eigenvalues with eigenfunctions that together solve the PDE.

1.1 Separation of variables
Take as an example the heat equation:
ut = kuxx
For:
0 < x < L; t > 0
Now we assume that:
u(x, t) = X(x)T (t)
Gives:
1 Tt Xxx
= = −λ
kT X
So we find that:
1 Tt
= −λ
kT
Tt = −λkT → T (t) = C0 e−λkt
And:
Xxx
= −λ → Xxx = −λX
X
Which is a second order ODE.

1.2 Sturm-Liouville problems
Define a linear differential operator:
   
1 d d
L=− p(x) + q(x)
σ(x) dx dx

Now one can write second order ordinary differential equations as:

Lu = −λu
 
d du
p(x) + q(x)u = −σ(x)λu
dx dx
A general solution is of the form:
X
cn (t)ϕn (x) = u(x, t)
n

with only positive eigenvalues (cn ).

1

, 1.2.1 What if an ODE is not in Sturm-Liouville form
Then you can try a trick. Given an equation of the form:
d2 u(x) du(x)
+ α(x) = −λu(x)
dx2 dx
Which is not in Sturm-Liouville form, because the first order
∫ term is not combinable with the second
order term. Then we can multiply both sides by H(x) = e α(x) dx to get:
d2 u(x) du(x) d du(x)
2
H(x) + α(x)H(x) = −λH(x)u(x) → (H(x) ) = −λH(x)u(x)
dx dx dx dx
Which is Sturm-Liouville form (with σ(x) = H(x) and q(x) = 0)

1.2.2 Finding the constants
Given that the equation is of the form:

X
f (x) = Cn ϕn (x)
n=1

we can multiply by ϕ∗m (x) and the weight function σ(x) and integrate over the length of the domain to
find: Z L Z L

X
f (x)ϕ∗m (x)σ(x) dx = Cn ϕn (x)ϕ∗m (x)σ(x) dx
0 n=1 0
RL
We know that 0 ϕn (x)ϕ∗m (x)σ(x) dx = 0 if n ̸= m as the eigenfunctions are orthogonal with respect to
the weight function σ(x). So we conclude that:
RL
f (x)ϕ∗n (x)σ(x) dx
Cn = R0 L
0
|ϕn (x)|2 σ(x) dx

1.3 Eigenfunction expansion
Given an inhomogeneous PDE, such as:
ut = kuxx + Q(x, t)
we can solve it by using an eigenvalue expansion:

X
u(x, t) = an (t)ϕn (x)
n=1

The eigenfunctions can be found by solving the equation without the term that makes it inhomogeneous
(Q(x, t) in this case). Then put the eigenfunction expansion back into the whole PDE and solve for the
inhomogeneous term. The inhomogeneous term should also be of the same form as the whole solution,
but with a different factor:

X
Q(x, t) = qn (t)ϕn (x)
n=1
In general we can use orthogonality as:
RL
0
Q(x, t)ϕn (x) dx
qn (t) = RL
0
ϕ2n (x) dx
Please keep track of the boundaries of the variables. t > 0 for example gives:
Z t
∂y(t) ∂y(t)
= dt = y(t) − y(0)
∂t 0 ∂t

2
€6,49
Krijg toegang tot het volledige document:

100% tevredenheidsgarantie
Direct beschikbaar na je betaling
Lees online óf als PDF
Geen vaste maandelijkse kosten

Maak kennis met de verkoper
Seller avatar
jonathanpilgram

Maak kennis met de verkoper

Seller avatar
jonathanpilgram Technische Universiteit Delft
Bekijk profiel
Volgen Je moet ingelogd zijn om studenten of vakken te kunnen volgen
Verkocht
0
Lid sinds
2 jaar
Aantal volgers
0
Documenten
2
Laatst verkocht
-

0,0

0 beoordelingen

5
0
4
0
3
0
2
0
1
0

Recent door jou bekeken

Waarom studenten kiezen voor Stuvia

Gemaakt door medestudenten, geverifieerd door reviews

Kwaliteit die je kunt vertrouwen: geschreven door studenten die slaagden en beoordeeld door anderen die dit document gebruikten.

Niet tevreden? Kies een ander document

Geen zorgen! Je kunt voor hetzelfde geld direct een ander document kiezen dat beter past bij wat je zoekt.

Betaal zoals je wilt, start meteen met leren

Geen abonnement, geen verplichtingen. Betaal zoals je gewend bent via iDeal of creditcard en download je PDF-document meteen.

Student with book image

“Gekocht, gedownload en geslaagd. Zo makkelijk kan het dus zijn.”

Alisha Student

Veelgestelde vragen