Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Zolotaryuk_lectures

.pdf
Скачиваний:
9
Добавлен:
19.03.2015
Размер:
955.18 Кб
Скачать

3.5. ОСНОВНI СОЛIТОННI ОЗВ'ЗКИ IВНЯННЯ С

 

 

 

 

 

71

 

 

 

Власнi

 

 

 

 

 

n }MN

+1 лежать на уявнiй осi, для них справедливе наступне:

 

 

 

пiвплощинiдe, пер дo тaннiй рiвнoстi, використовувався той акт, щo lnz = ln|z|

+

 

 

 

ñíèõarg zз. ачОстання

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

åíü

 

рiвнiсть одержу¹ться iз наступних мiркувань. Нехай iз

 

 

âëà

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

уявною¹

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

ношен я

 

 

ïîçàn }1

 

M

 

 

 

 

λ1, λ2

, . . . , λM

 

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

значення

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

; n = 1, 2, . . . M .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cn (t) = cM −n+1(t),

cn (t) = cn (0)e

 

 

2λn

 

 

 

 

 

λn = −λM −n+1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

 

ïîìiòèòè,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−t/2νn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Λ± =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вигляду елементiв матрицi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вищенаведеногоλn =òànявного= −λn,

 

cn (t) = cn

(0)e

 

 

 

 

 

= cn(t) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ùî

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v˜ не складно помiтити,

 

 

 

 

 

 

 

 

8

M

 

m+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

−v˜

 

 

 

,M −n+1

,

 

 

 

 

 

 

 

 

m, n = 1, 2, . . . , M ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mn =

−v˜m,M m+1 ,

 

 

 

m = M + 1, M + 2, . . . , N,

 

n = 1, 2, . . . , M ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

−v˜M

n+1,n ,

 

 

 

m = 1, 2, . . . , M, n = M + 1, M + 2, . . . , N ;

 

 

 

 

Òîäi

<

 

 

 

 

 

 

 

 

>

 

 

−v˜mn

 

 

 

що операцiя комплексногоm, n = M + 1спряження, M + 2, . . . ,матрицiN ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

можна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I ± v˜ вiдбува¹ться наступним чином:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

Λ+

 

 

 

 

Λ+

 

· · ·

 

Λ+

 

 

˛

 

Λ+

 

 

 

 

 

 

Λ+

 

· · ·

 

 

Λ+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

Λ+

 

 

 

 

Λ+

 

· · ·

 

Λ+

 

 

 

Λ+

 

 

 

 

 

 

Λ+

 

· · ·

 

 

Λ+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

1M

 

 

˛

 

 

 

 

1,M +1

 

 

 

 

 

1,M +2

 

 

 

 

 

1N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

 

 

 

 

 

 

22

 

· · ·

 

2M

 

 

 

 

 

 

2,M +1

 

 

 

 

 

2,M +2

 

· · ·

 

 

2N

 

 

 

 

 

 

 

B

·

 

 

 

 

 

 

 

·

 

 

 

 

·

 

 

˛

 

 

 

 

 

·

 

 

 

 

 

 

 

 

·

 

 

 

·

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

˛

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

B

+

 

 

 

 

 

+

 

· · ·

 

+

 

 

˛

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

+

 

· · ·

 

 

+

C

=

(Λ )

 

= B

ΛM 1

 

 

ΛM 2

 

 

ΛM M

 

˛

ΛM,M +1

 

 

 

ΛM,M +2

 

ΛM N

C

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

˛

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

ΛM +1,1 ΛM +1,2

· · ·

 

ΛM +1,M

 

˛

ΛM +1,M +1

 

ΛM +1,M +2

· · ·

 

ΛM +1,N

C

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

˛

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

B

·

 

 

 

 

 

 

 

·

 

 

· · ·

 

 

·

 

 

˛

 

 

 

 

 

·

 

 

 

 

 

 

 

 

·

 

· · ·

 

 

·

C

 

 

 

 

 

 

B

+

 

 

 

 

 

+

 

· · ·

 

+

 

 

˛

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

+

 

· · ·

 

 

+

C

 

 

 

 

 

 

@

 

ΛN 1

 

 

ΛN 2

 

 

ΛN M

 

˛

 

ΛN,M +1

 

 

 

ΛN,M +2

 

 

ΛN N

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

˛

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

Λ

 

 

 

 

 

Λ

 

 

 

 

· · ·

 

Λ˛

 

˛

 

 

Λ

 

 

 

 

 

 

 

Λ

 

 

 

 

· · ·

Λ

 

1

 

 

 

 

 

 

Λ

 

 

 

Λ− −

 

 

· · ·

Λ

 

 

 

 

 

Λ

 

 

 

 

 

 

Λ

 

 

 

 

· · ·

Λ

 

 

 

 

 

 

 

 

M M

 

 

 

 

 

M,M −1

 

 

 

 

M 1

 

˛

 

 

M,M +1

 

 

M,M +2

 

 

 

M N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M 1,M

 

 

M 1,M 1

 

 

 

M 1,1

 

 

 

M 1,M +1

 

M 1,M +2

 

 

 

M 1,N

 

 

 

 

 

 

 

B

 

·

 

 

 

 

 

 

 

·

 

 

 

 

 

 

·

 

˛

 

 

 

·

 

 

 

 

 

·

 

 

 

 

·

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

· · ·

 

 

 

˛

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

· · ·

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

˛

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

= B

Λ1M

 

 

 

 

 

Λ1,M −1

 

 

· · ·

 

Λ11

 

˛

 

 

Λ1,M +1

 

 

Λ1,M +2

 

 

· · ·

Λ1N

 

C

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

˛

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

ΛM +1,M

ΛM +1,M −1

 

· · · ΛM +1,1

 

˛

 

 

ΛM +1,M +1

 

ΛM +1,M +2

 

 

· · · ΛM +1,N

 

C

 

 

 

 

 

B

 

по лiдовно

·

 

 

 

· · ·

 

 

·

 

 

 

 

˛

 

 

 

 

 

·

 

 

 

 

 

 

·

 

 

 

· · ·

·

 

 

C

 

 

 

 

 

B

 

·

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

˛

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

· · ·

 

 

 

 

 

˛

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

· · ·

 

 

C

 

 

 

 

 

@

 

ΛN M

 

 

 

ΛN,M −1

 

 

 

ΛN 1

 

˛

 

 

ΛN,M +1

 

 

ΛN,M +2

 

 

ΛN N

 

A

Здiйснивши

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

˛

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

˛

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M/2 попарних перестанов

 

 

олонколонокзалишитьс1-o¨ M -ою, 2-o¨

 

 

 

рушною),отрима¹мо(M − 1)îþ ò.ä. (ÿêùî M/2 íåï ðíå, òî âiäïîâiäíà ê

 

 

 

à

 

 

 

ÿ íåïî-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

наступне:попарних перестановок рядкiв

 

1

-oãî

ç M -ì, 2-oãî

 

(M − 1)-ì i

 

 

 

ò.ä.

 

 

 

 

 

 

M/2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Звiдси виплива¹

 

 

 

 

 

 

 

(det Λ+) = det(Λ+) = det Λ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î.лнiвськ5тoPoзглянeмoтоннy¹мoОсновнi¨гоструктуритипудержанутепер. Передсолiтоннiнaйпрoстiшiрiвнянняoрмулутим коротко(3С.,104).poзв'ярозв'зкиiвняннзазначимодo виÿ.вленняС основнiзапису¹тьсярiвняннянайпростiшихакти. вщодоандартнiйрозв'зкiвСг мiль-

 

 

 

ñ3a

 

 

 

 

 

 

 

 

| det Λ

 

 

| = | det Λ

 

| arg det(Λ

) = − arg det(Λ

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

72 ОЗДIЛ 3. ОБЕ НЕНА ЗАДАЧА ОЗСIЯННЯ ДЛЯ IВНЯНЬ СИНУС- О ДОН ТА Н Ш Т

лагранжевîðìi ÿê

B∂t δut

δu

 

= 0, L =

Z−∞

L(u, ut)dx = Z−∞

 

 

2

 

 

2

(1 cos u) dx.

 

∂ δL

 

δL

 

 

 

 

 

 

 

+∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+∞

 

ut2

 

 

ux2

 

 

 

 

 

 

 

ãàìiëьтоновiй ормi його можна записати як

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.105)

 

 

Häå = Z−∞

ut δut dxL = Z−∞

 

2

+

2

+ (1 cos u) dx = Z−∞

Hdx , w = δut

= ut,

 

 

+∞

 

δL

 

 

 

 

 

 

 

 

+∞

 

w2

 

 

 

 

ux2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+∞

 

δL

 

буваютьw - канонiчновигляду спряжена до u змiнна. амiльтонiвськi рiвняння руху на-

 

 

He складно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δL

,

 

 

wt

 

=

δL

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ïîìiòèòè,

ùîuteëå= δw

 

 

 

δu .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ìåнтами вiдпîâiдного тензору енергi¨-iмпульсу

 

¹ густина гамiльтонiануT = (àáî æLãóстинаδ

 

енергi¨), q = t, q

 

= x ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

∂u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i L

0

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂qi ∂u/∂qi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

òà

 

 

польового

 

 

 

 

 

 

 

0

= T

00

 

 

 

2

 

− L ≡ H,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

густина

 

 

 

 

T0

 

 

 

= ut

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iмпульсу

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Poзгля3.5.1 eмoСолiтонпа

 

 

T

1

 

= T

01

 

= u

 

 

L

=

 

u u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ористовуючиок oднoгoа антисолiтонну я

 

 

t

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t ∂ux

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

данийтьсянульнaявноуявнiйзаписатиoi, згiднoяк

 

apãyìeíòiâ, íaâeäeíèx

 

 

p

 

 

çäi

 

 

 

3a.(3λ.1). BiнЯкщознaxoд

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ1 = iλ, òî, âèê

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ормулу (3.104), oтриму¹мо:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

çìiííèx (

, t) (t + x, t x) [x = xt/2, t =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c(0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

i

 

виглядx+ t)/(32.1),,тoбтooтрима¹модoнаступнийтихïåpeéòè çìiííèpoзв'язокякиx(вpiвнянняякомуx,

С мa¹ звичний

 

 

u(x, t)

=

 

 

4 arg

1 +

 

 

2iλ e−2λxt/2λ

 

= 4 arctan ǫe−2λ(xx0)−t/2λ =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ǫ[2λ( −x0)+t/2λ](mod2π),

 

 

 

 

 

 

 

опущено):

 

 

 

 

 

=

 

 

4 arctan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.106)

 

 

 

 

ǫ використано= [c(0)], x0 = ln

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

c(0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Òóò áóëî

 

 

 

sign

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

наступну властивiсть арктангенса:

(ñîëiòî

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ǫ =

 

±π/ßêùo2. çäié íèòè çaìiíy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

√−1 v2

 

 

 

 

 

2

+ 1

 

 

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

0

 

,

v =

2

1

 

 

 

 

 

 

 

Ìèu(отрималиx, t) = 4 arctanðîçâ'ÿçêè,exp ǫ

âiäîìi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

= (1 + v)x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

íàì

ç

ðîçäiëó 3.1, êiíê

 

 

 

) ïðè(3.107)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(31.107)т антикiнкв(3.5)кiнк(антисолiтон)дорiвнюватимеприǫ = 1. Топологiч

ий заряд [пiдставивши

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q = 1 a антикiíêa, âiäïîâiäíî Q = 1.

 

3.5. ОСНОВНI СОЛIТОННI ОЗВ'ЗКИ IВНЯННЯ С

 

 

 

 

 

 

 

73

 

 

ановкою вир зу (3.107) в рiвняння (3.3)

 

а (3.4) одержу¹мо що енергiя

Пiдстаiмпульс

êiíêà òà

антикiнка однаковi i

äîðiâнюють:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

=

8

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c3.3(0).1 =ïiñëÿc (0)

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

=

8/ 1 v2

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

отриму¹мо:див.êiíåöü

 

 

 

 

8)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.109

 

3.5згля.2 емоБризеритепер випа Поклавшиоли ¹ дваv/власних1 v2з ачення

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

÷íî

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ1

λ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

поясненовiдноснороздiлiуявно¨3осi.3çãiäíî.[ ив. ормулу (3.57) , вони пови

 

íi

,лежати. Як вжсиметрибуло-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ

 

 

= Reλ+iImðîçñiÿííÿ,λ λ = Reλ+ Imλ =

λ ,

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пiдстановки[це цихвластивостейвиразiвормулуданих(3.104)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

глави

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 +

 

c

 

 

ei(2λxt/2λ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

ei(2λxt/2λ)

!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2λ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

det(1 + v˜) = det

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2i

Im

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

λ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ei(2λ xt/2λ )

 

 

 

1

 

 

 

 

 

ei(2λ xt/2λ )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2iImλ

 

 

 

 

 

 

2λ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Re

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

 

 

 

 

 

 

λ t

 

 

 

 

 

 

2Reλ x

 

 

 

 

φ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

2

 

 

Imλ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 1 +

 

 

 

 

 

λ

 

e−2Imλ(2x+t/2|λ| ) +

 

 

 

 

 

 

i(2λxt/2λ+φ0 ) c.c.

 

 

 

=

 

 

â

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

| |

 

 

 

 

+ 2i

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

| |

 

 

 

sin 2x

λ 2|λ|2

 

= 1 + e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Im

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

Im

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

Re

λ

 

 

 

 

 

 

2

 

 

λ[2(x

 

x0)+t/2 λ

 

 

 

]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ(2x+t/2 λ

 

)

 

 

 

 

 

Re

 

 

 

 

 

 

 

òa,

 

пiдсумку:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, t) = 4 arctan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

Re

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2|λ|

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

0)

 

 

 

 

 

Re

 

 

 

 

 

2Imλ(x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Imλ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|

 

 

λ|

 

cosh

 

 

 

 

x0) + 2 λ 2 t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Im

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

ImReλ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

| |

 

 

 

 

 

 

 

 

Ïi ëÿ çaìiíè çìiííèx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.111)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 λ

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

Reλ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v =

|

 

|

 

 

 

 

, ψ0

|

|

φ0

,

 

 

0

 

= (1 + v)x0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

113)

 

 

 

 

 

φ0

= arg

 

, x0 =

2 Imλ ln

|

 

 

 

λ|

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ïåpeïè y¹ìo piâí. (3.110)(xâ,íat)òyïíoìó(t + x, виглядi:t x) [x = (x

t)/2, t = (x+ t

/2 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, t) = 4 arctan Re

 

 

 

 

 

h

 

Re

 

λ

 

 

 

x

x¯0

 

 

vt

i ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Imλ

 

sin

 

 

 

 

 

 

 

λ

 

 

 

 

 

 

 

tvx

 

 

 

 

 

ψ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|λ|Im 1 v2

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|

 

|

 

 

 

 

 

 

 

h |λ|

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

√−1−v2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ

 

cosh

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4|λ|2 + 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ

 

x0 = 0 ψ0 = 0), ut(x, t = t0) = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

äåùîруха¹тьсябулоопущенозшвидкiстю.Даний розв'язок утворю¹ солiтон-антисолiтонну пару,

У випадку

v.

 

|λ| = 1/2 (v = 0) ма¹мо непорушний бризер. Якщо покласти

випадокω = 2ReλReто отрима¹мо вираз (3.16), де ω част тою бризера. озглянемо шення загальностiλ 1. В певнiжна припуститимоментичасу t = t0 êîëè sin(ωt) = 1 (áåç ïîðó-

+ φ0 ,

74 ОЗДIЛ 3. ОБЕ НЕНА ЗАДАЧА ОЗСIЯННЯ ДЛЯ IВНЯНЬ СИНУС- О ДОН ТА Н Ш Т

Точки перегину ункцi¨ u(x, t = t0) визначаються наступним чином:

= xinf = ±1 ω2 ln

ω

+ r

ω2 + 1!

± ln ω ,

 

 

 

(3.115)

 

du(x, t0)

 

 

 

4ω(1

 

2

) sinh(

 

 

 

2

x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.114)

 

dx

1 + ω

2

 

 

 

 

2

x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx2

 

 

 

 

 

 

 

[1 + ω2 sinh2(1 ω2x)]2

p

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ω

2

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d u(x, t0)

=

4ω(1

 

ω2)3/2

 

 

sinh (

1 ω

x)

cosh(

1

 

ω2x ,

sinh2(p1 ω2x nf ) = ω2

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

Oтже, точки перегину

приблизíî äîðiâíþþòü

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тому не складно помiтити наступну асимптотичну± ln(2поведiнку/ω) [привмоменти1/ω +÷àñó,

t0:

 

 

 

 

 

 

λ 1

 

 

бризер,

(3.116)

вояк. гоЧастотнагаду¹частотирухливогодзвiнбризерамалоамплiтубудепарблизькою

 

 

u(x, t0) =

 

4 arctan exp ±x + ln

ω

,

x

ln

ω

,

 

 

 

 

0 ,

 

 

x

 

 

 

/ω)

 

 

 

Ç öi¹¨

 

 

 

видно що2π бризер,

2

 

| | ln(2

2

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

ln(2/ω) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

| |

 

 

 

 

 

 

 

асимптотики

 

за умови Re

 

 

 

 

 

 

 

частот,

 

 

 

 

 

 

 

λ 1, тобто низьких

порядку|ω| 1 явля¹ собою пару к нк-

тикiнк що вiддаленiпочинаютьсвiдст нь

 

 

 

 

 

ч с ьImантикiнк'потiм знову(перiо

даля¹ться,бризера)пвiдàðà

твх дирюючиься2 íàln(2ñâiéìàêпочатк)симальнодинрозрiзнитивийвiдблизькустандного.За.вЗаiдстмови T = 2π/ω

 

 

 

 

ÿ âiä

значення112)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iëü

 

 

 

 

ó "êiíêäî-

 

 

ма¹мопрактично

можли

 

 

 

 

 

 

 

ïð

 

 

¨¨, îñêiëüêè

 

 

дних хвиль

1, àëå íiêîëè íå ïåðåвищит

 

 

 

 

 

 

 

ω2(q) = 1 + q2

 

 

 

 

рногоДинамiкати.,

ùî

через час(v 6= 0) бризера вiдрiзня¹тьсвiдтворитьядинамiки стацiо

 

орму, але при цьому його центрT = 2пересунетьсπ/ω бризер на вiдстаньсвою початкову

(3. можна переписати наступним чином:

 

 

vT . Äiéñíî, âè-

 

ω cosh [µ (x 0 vt)]

 

 

 

u(x, t) = 4 arctan

µ

 

sin (ωt qx ψ0)

,

 

(3.117)

 

 

 

 

Tyт параметрω = |λ|1 v2 , q = ωv, µ = p1 ω2 =

|λ|1 v2 .

 

 

Reλ

 

 

 

 

 

Imλ

 

3модуляцiю,озглянемо.5.3 Двохсолiтоннiтобтовипадокµ вiдповiда¹аналогомдвохвласнихзаширинухвильовогорозв'язкизначень,бризвåщора,кторалежатьпараметр.науявнiйq - за осi,просторову

äå

1, iλ2,

 

λ1,2 > 0 ¹ дiйсними числами. Перетворення рiвн. (3.104) дають:

3.5. ОСНОВНI СОЛIТОННI ОЗВ'ЗКИ IВНЯННЯ С

 

75

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 +

 

 

c1

e−2λ1xt/2λ1

 

 

c2

 

e−2λ1 xt/2λ1

 

 

 

u(x, t) =

 

 

4 arg det

 

 

 

 

21

 

 

 

 

 

 

i(λ1 +λ2)

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

c1

 

 

 

 

 

 

 

c2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

i(λ1 +λ2 )

e−2λ2xt/2λ2

1 +

22

e−2λ2 xt/2λ2

 

=

= 4 arg 1 c1c2

λ2

1

+ λ2)2

eθ1θ2 + 2

λ1 eθ1 +

λ2 eθ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

c1

 

c2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ñîë

 

iòîíè,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v1 v2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

òèêó

адаючи,

 

 

c1 eθ1 +

 

 

 

 

 

 

альностi,

 

 

ñпостер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v2 > v1

 

 

 

 

 

 

 

= 4 arctan

 

 

2λ1

 

 

 

 

 

2λ2

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8)

 

 

c1c2

(λ1 λ2 )2

θ1 θ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Àíà iç

 

 

 

 

 

4λ1 λ2 (λ1 +λ2)2 e− −

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

x v1,2t

 

 

 

12,2

 

1

 

 

 

 

 

 

θ1,2

= 2λ1 2x

1 2

 

 

q1 v12,2

v1,2 =

 

12,2

+ 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

даного виразу показу¹ що при

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.119)

ючiпокднополярнi

 

 

 

 

 

 

що рухаються tзøâè±∞к вiнямиопису¹ два невза¹модi

 

öå,

 

 

 

 

 

без порушення заг

 

 

 

 

 

 

дасть

. Ïîê æåìî

 

(3.119) íà ïðÿ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. Дослiдимо асимпто-

 

 

 

(повiльним)про те що вiдбува¹тьсясолiтоном. Одержимоз. точкиЦедослiджзорунаступнiення виразича,намдлящорухвичерпнумоментiва¹ться

 

часузiнпершимормацiю

 

 

 

 

 

 

 

x = v1t + x¯

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t = ±∞:

 

 

 

 

4 arctan

c1

exp

 

 

x¯

 

 

 

 

 

 

 

= 4 arctan exp

 

 

 

 

 

ǫ

x¯−x¯0(1) (−∞)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2λ1

 

 

−√1−v12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1−v12

 

 

 

 

 

 

 

(1)

(

 

 

 

 

) =

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

c1

 

, t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ǫ = signc1 , x¯0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v1 ln

2|

λ |

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

→ −∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2λ1

 

 

 

λ1 +λ2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x¯

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 arctan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

exp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c1

 

 

 

λ1

 

 

 

λ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

v

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(v t+¯x, t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c1

 

 

 

 

 

λ1

 

 

 

λ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x¯

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 2πn + 4 arctan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

exp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2λ1

λ1 +λ2

(1)

 

 

 

 

 

 

 

−√1−v1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x¯

 

 

 

x¯0

 

 

(+

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

= 2πn + 4 arctan

exp

 

 

 

 

 

 

ǫ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

n

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

v

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1)

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

c1

 

 

 

 

 

λ1

 

 

 

λ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0)

 

 

 

пiсля зiткнення перший солiтон зсува¹òüñÿ на величину

 

Tаким чином,

0 (+ ) = 1 v1 ln

 

 

 

|

 

 

 

|

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, t

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2λ1

 

 

 

λ1 +λ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1)

 

 

(1)

(1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 + λ2)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

îбто,гiчнозiткненнявиходячиможнапоказати,наз вiд'¹многовеличину:що другийзнакудано¨(швидкий)величини,солiтонсповiзсува¹тьсяльню¹ться(3вперед. .Ана121)-

ïiñëÿò Δ¯x0

= x¯0

(+) 0 (−∞) = q1

v1 ln

1

λ2)2

< 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

Δ¯x0

= x¯0

(+) 0

(−∞) = q

 

ln 1

λ2)2

> 0 .

(3.122)

1 v22

(2)

(2)

(1)

 

 

 

1

+ λ2)2

 

 

76 ОЗДIЛ 3. ОБЕ НЕНА ЗАДАЧА ОЗСIЯННЯ ДЛЯ IВНЯНЬ СИНУС- О ДОН ТА Н Ш Т

îçäië 4

Перетворення Беклунда

Виника¹бiльш простимпитаннянiжчиоберненаможна знаходитизадача розсiяння?багатосолiтоннiозглянеморозв'язкидеяке методом,рiвняння

äå

 

 

φxt = F (φ) ,

 

 

 

 

(4.1)

¯

 

 

 

 

 

 

 

 

 

представивши¯ ¯ .розв'язкиIдеяпiдходуяк

ðïîзв'язкиляга¹φ(x, t), φдвохтому(x, t)iншихщобйогорозрiрозв'язки,нянь:'язатирiвняннятобтоφxt(4=.1),F (φ), φxt

= F (φ)

 

 

 

 

ux

 

= f (v) ,

 

 

 

 

2)

Проди еренцiю¹мо piвняння (4v.t2)-(4=.3)g(ïîu) .

 

 

 

 

(4.3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t òa x

 

 

 

 

uxt =

 

 

∂f ∂v

f (v)vt ,

 

 

 

 

 

 

f (v =

 

 

 

 

 

 

 

 

4)

 

∂t

 

∂v ∂t

 

 

 

vtx =

 

∂g ∂v

g(u)ux .

 

одного, отрима¹мо:

∂x g(u =

∂u ∂x

 

Якщо вищевказанi рiвняííя додати

ò

à âiдняти одне вiд

 

 

(4.5

Якщо взяти це рiвняння(u

v) знаком= f v "+",guïðî=äèF (uеренцiюватиv) .

éîãî ïî

(4.6)

±

 

xt

t ±

x

±

 

 

 

 

i користатись ормулами (4.2)-(4.3), то

держимо вираз

u òà v

∂F (u + v)

чергу до

 

 

 

∂F u + v)

 

7)

ÿкий зводиòüñÿ= f â(vñâîþ)g(u) + g′′(u)f (v) =

 

 

 

= f ′′(v)g(u) + g(u)f v),

 

 

∂v

∂u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тепер

g′′(u)f (v) = f ′′ v)g(u) .

(4.8)

Moæíà

 

роздiлити змiннi в ормулi (4.8):

 

 

 

 

 

g′′(u)

f ′′

(v)

= λ ,

 

 

 

 

 

 

 

77

 

 

(4.9)

 

 

 

g(u) =

 

 

 

 

 

f (v)

 

 

78

ОЗДIЛ 4. ПЕ ЕТВО ЕННЯ БЕКЛУНДА

що призведе до двох лiнiйних ди . рiвнянь

 

 

g′′(u) + λg(u) = 0,

0)

 

f ′′(v) + λf (v) = 0 .

 

якщо взяти незалежний параметр

(411).

(4.11) будуть

λ = 1, то розв'язками рiвнянь (4. -

Тепер можемоgпобудувати(u) = β sin uявний,f (v) =виразα sinäëÿv, äå α òà β ¹ довiльнi параметри.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F = F (φ):

 

òà, àíaëoãi÷F (φ) =oFäëÿ(u + v) = f (v)g(u) + g(u)f (v) = αβ sin (u + v) ,

(4.12)

синус-€ордоí:

¯

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F (φ) = αβ sin (u v). ßêùî αβ 1, одержимо рiвняння

 

 

 

1 ∂

 

 

 

 

 

 

 

 

 

φ

¯

 

 

 

 

 

 

 

 

φ + φ¯

=

α sin

φ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ∂x

 

 

 

 

 

 

 

(4.14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

Таким чин м ми показали, що пара двох

розв' зкiв рiвняння С€

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ∂

 

 

1

 

 

 

 

 

 

¯

 

3)

 

 

 

2 ∂t

φ φ¯

=

 

α sin φ

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зшихбутик

 

 

 

 

 

 

моi жнадвох.Наприклад,викдиористовувати.рiвнÿвiзьмемоньпершогодлятривiальнпобупорядкудовий.складнi¯розв'яможе

Перетвореннярiвняннярозв'язкiвпредставленоюСiз€ бiльшБеклундавсистепростих

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{φ, φ}

-

потрiбно розв'язатиφ0 äâà= 0рiвняння:,азнaйдeмo

 

дносоëiòîííèé, φ1 = φ1(x, t). Íàì

 

 

∂φ1

 

 

 

 

∂φ1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

Цi рiвняння можíà çаписати= 2α sin(ÿêφ1îäíå/2) ,

 

 

 

 

=

 

 

sin(φ1/2) .

(4.15)

 

∂t

 

α

 

 

∂x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

ÿêå â ñâîþ

 

ì๠ðîçâ'ÿçîê

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.16)

 

 

 

 

 

z = αx + α ,

 

чергу

 

dz φ1

= 2 sin(φ1/2) ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

φ

 

 

 

 

 

 

 

t

.

 

 

 

 

 

Òóò ñòàëi

 

 

 

 

tan

1

= C exp αx +

 

 

 

 

 

 

(4.17)

 

 

 

 

4

 

α

 

 

 

 

трьохвувпочàòсолiтоннийковедалi,Cположеннящобаαз побудуватидвохсолiтонного,мiстятьцентрупараметримасдвох.Перетворесолiтонний. .д . .п. а,нярозв'язокаБеклундасамейогоздносолiтоннможнашвидкiстьзастîсогта-,

îçäië 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фiзичнi застосування

 

 

рiвняння С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В цiй главi будуть розглядатися iзичнi моделi що описуються рiвнянням

синусордон.

 

 

 

 

 

 

 

описуютьс

ðiâíÿí-

5.1

Механiчнi моделi

 

 

iзичничи об'¹ктамищо описуються рiвнянням С€ ¹ де

 

íÿì Ñ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найпростiшимитона принципiв

àìiëьтоново¨ механiки.

 

 

 

 

 

 

 

 

êiëüê

мех iчних моде ей. Для виведення рiвняння достатньо законiв Нью-

5.1.1 iвняння С як континуальна границя

 

 

ланцюжк

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

èí ç

äíèì ïðó

озглянемо дн вимiрний л нцюжок атомiв, що зв'язанi

 

просторiостi потенцiалом, знàходяться на поверхнi, що мîäелю¹тьсяатомногоперiо-

дичнимжиною жворстк

 

κ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

матиме наступний вигляд:

 

V (x) = V (x + l). Повна енергiя ланцюжк

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

äå

 

 

H =

 

M x˙ n

+ W (|rn|) + V (un),

 

 

(5.1)

 

 

n

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вза¹модi¨ двох атомiв- координатзномерами-ого атома,

W (|rn|)

- по енцiальна е ергiя

xn

= nl + un

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

íèìè,

|rn|

 

 

поверхнi V

n ò n + 1, що залежиò

âiä âiäñò íi ìiæ

 

 

 

добре апроксиму¹ться косинусо¨дальною

залежнiстю:. Потенцiал

 

 

 

1 cos

 

 

,

 

 

 

 

 

 

атомамиV (u) = V0

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2πu

 

 

 

 

 

 

a çà¹ìîäiþ ìiæ

 

 

 

важатимемо кваäðàтичною:

 

(5.2)

ðiâняння руху набувають âигдяду:

 

 

 

 

sin

W (r) = κr2/2. Òîäi

 

M u¨n = κ(un+1 2un

+ un−1)

 

l

 

l

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

79

 

2πV0

 

 

2πun

(5.3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

80

ÎÇÄIË 5. ÔIЗИЧНI ЗАСТОСУВАННЯ IВНЯННЯ С

Ввiвши безрозмiрнi довжи у

θn

= 2πun/l

, сталу жорсткостi

κ¯ = l

2

κ/(4π

2

V0

ма¹Конторово¨:час

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

назвуτ = ω0t = 2πpV0/M l

2

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Френкухуелящо-

дискретного

рiвняння,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

отрима¹мосинус-€ордонбезрозмiрне(ДС€) аборiвняннямоделi

 

 

 

 

За умови

θn,τ τ = κ¯(θn+1 n + θn−1) sin (θn) .

 

 

 

 

(5.4)

перейтиатома. κ¯ 1

вiдноснадискретнихоордината

θn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Томувiд наборуможна здiйсничином:акоорзвдинатнеконтзмiню¹тьсяуальнеовiльнонаближеннявiд атома,тобтдо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

θn до неп рервних крозкластидинат:

 

 

. В акому

àзi коордèíàòè

θn±1 можна

 

 

 

 

 

 

θn(t) θ(hn, t) = θ(x, t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в яд Тейлора наступним

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вважелосрiвняннящо

 

 

 

 

 

 

 

∂θ

 

 

h2 2θ

 

 

3

 

(5.5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ∂x2 |x=hn + O(h

) ,

äåθn±1(t) = θ(h(n + 1), t) = θ(hn, t) ±h ∂x |x=hn +

 

 

 

âæå âiäîìå

h ñèíó1. Пiдстордонавляючи(С€):цей розклад в рiвн. (5.4) отриму¹мо

Ввiвши новий масштаб довжини 2

θxx = sin θ .

 

 

 

 

 

 

(5.6)

 

 

θτ τ

κh¯

 

 

 

 

 

 

 

 

 

межн5стандартномуозгля.1.2 м)еМола довгийцюдельвиглядiжутьок(зланцюжкмаятникпев(3.1)ою.вдолеюмасиξзв'язаних=наближеx/(h κ¯)ня,маятникiвотрима¹моможнавважатирiвнянняйогоСбезв€ -

 

 

íàì

ò

нанизаних на стриженьгравiтaцi¨,. Спряму¹мозв'язаних динвiсь з однимвздовжднаковими

Маятникипружплощинi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

 

 

 

 

 

 

 

 

çíàднознахдятьс

ïiä äi¹þ

 

 

 

розт шованiXна вiдстанiстриж я.

йомуiддного

ìî

 

обертатисленнянавколо осi стрижня

перпендикулярa äèíié

âàãè

θn

Y Z. Êóò âiäõ

 

 

 

 

nйогомаятник вiд його

ëî åííÿ ðiâ -

ìà¹

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

амiльт нiан ланцюжка

 

наступнийбуде

вигляд:чно оп

сувати

 

еволюцiю.

 

 

 

 

äå

 

H =

n

"

 

2n

 

+ 2a n+1 θn)2 + M gl(1 cos θn)# .

(5.7)

 

 

 

 

X

 

 

˙2 2

 

 

κ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M θ l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вза¹мозе ногодi¨отримуяжiння,¹ться

 

 

 

 

 

Виразстрижняg - дляприскдовжиниенергi¨ня

 

 

 

 

 

 

 

 

κ içïêðипущення,утильнажорсткiстьщопружнапружиниенергiя1.

 

 

 

 

 

a äîðiâíþ¹:

 

dx

2a n+1 θn)2

 

 

 

 

 

 

Wtor = 2

Z0

dx

 

 

Ввiвши безрозмiрний чаñκ

 

a

 

2

 

κ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

κ τ = tp

 

одержу¹мо дискретне рiвняння С :

 

 

 

d2θn

 

 

g/l

даленiредньомуЗдiйснивши1Длянатакоговiдстанроздко2

M gl2a n+1

n + θn−1) + sin θn = 0 .

 

 

 

 

записупорядкуiëi),üíòèнуальнеприхенеðãçäiéñíèтовщ¨димонеобхiднонаближти,допружинпоклавшивженнязробвiдомоготистандартнимприпущення,нам рiвняннячиномщо вiдно(такñнiинусповороти,як-i вздовжпопе(5дон.8)-.

 

 

 

 

òегралуовщиноюдо.пружинирiзницiможнамивзагалi

 

ехту¹мо, то це вико¹днорiднiстьмалими,ну¹тьс тобаврозподiлуòîматичноповоротiв. Перехiд. Оскiлькивiд-

пружини

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

R

θ/

x 1

 

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]