انت هنا الان : شبكة جامعة بابل > موقع الكلية > نظام التعليم الالكتروني > مشاهدة المحاضرة

D’Alembert’s Solution for Wave Equation

Share |
الكلية كلية العلوم     القسم قسم الفيزياء     المرحلة 2
أستاذ المادة فؤاد حمزة عبد الشريفي       28/03/2019 14:39:23
D’Alembert’s Solution for Wave Equation
In this lecture we discuss the one dimensional wave equation. We review some of the physical situations in which the wave equations describe the dynamics of the physical system.
Suppose we have the wave equation u_tt-c^2 u_xx=0 and we wish to solve it given the conditions u(x,0)=F(x) and u_t (x,0)=G(x).
We change variables to r=x+ct and s=x-ct. The general solution of this PDE is u(x,t)=F(x+ct )+G(x-ct)
Example 1: Solve the initial value problem u_tt-4u_xx=0
with u(x,0)=0 and u_t (x,0)=tan?x
Solution : u(x,t)=F(x+2t )+G(x-2t)
u(x,0)=0 ? 0=F(x+0 )+G(x-0)
F(x )+G(x)=0 ?(1)
u_t (x,t)=2 F^ (x+2t )-2G^ (x-2t)
u_t (x,0)=tan?x ? 2 F^ (x)-2G^ (x)=tan?x
2 F(x)-2G(x)=-ln?cos?(x) ? (2)
2×equ(1)+equ(2) ? 4 F(x)=-ln?cos?(x)
F(x)=-( 1 )/( 4 ) ln?cos?(x) and G(x)=( 1 )/( 4 ) ln?cos?(x)
So F(x+2t )=-( 1 )/( 4 ) ln?cos?(x+2t ) and G(x-2t )=( 1 )/( 4 ) ln?cos?(x-2t )
Then u(x,t)=( 1 )/( 4 ) ln?cos?(x-2t ) -( 1 )/( 4 ) ln?cos?(x+2t )
Or u(x,t)=( 1 )/( 4 ) ln??cos?(x-2t )/cos?(x+2t ) ?





Example 2: Solve the initial value problem u_tt-a^2 u_xx=0
with u(x,0)=0 and u_t (x,0)=( 1 )/(1+x^2 )
Solution :
u(x,t)=F(x+at )+G(x-at)
u(x,0)=0 ? 0=F(x+0 )+G(x-0)
F(x )+G(x)=0 ?(1)
u_t (x,t)=a F^ (x+at )-aG^ (x-at)
u_t (x,0)=( 1 )/(1+x^2 ) ? aF^ (x)-aG^ (x)=( 1 )/(1+x^2 )
aF(x)-aG(x)=tan^(-1)?x ? (2)
a×equ(1)+equ(2) ? 2a F(x)=tan^(-1)?x
F(x)=( 1 )/( 2a ) tan^(-1)?x and G(x)=-( 1 )/( 2a ) tan^(-1)?x
So F(x+at )=( 1 )/( 2a ) tan^(-1)?(x+at ) and G(x-at )=( 1 )/( 2a ) tan^(-1)?(x-at )
Then u(x,t)=( 1 )/( 2a ) tan^(-1)?(x+at )-( 1 )/( 2a ) tan^(-1)?(x-at )


H.W: Solve the initial value problems
1. u_tt-a^2 u_xx=0 with u(x,0)=0 and u_t (x,0)=sin?x
2. u_tt-9u_xx=0 with u(x,0)=0 and u_t (x,0)=e^2x


المادة المعروضة اعلاه هي مدخل الى المحاضرة المرفوعة بواسطة استاذ(ة) المادة . وقد تبدو لك غير متكاملة . حيث يضع استاذ المادة في بعض الاحيان فقط الجزء الاول من المحاضرة من اجل الاطلاع على ما ستقوم بتحميله لاحقا . في نظام التعليم الالكتروني نوفر هذه الخدمة لكي نبقيك على اطلاع حول محتوى الملف الذي ستقوم بتحميله .
الرجوع الىلوحة التحكم