Power series reversion and exact solutions of nonlinear mathematical physics equations

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Purpose. Develop a new method for finding exact solutions to equations of nonlinear mathematical physics. Methods. The partial sum of a perturbation series, written for the original nonlinear equation, is represented as a power series in powers of the exponential function, which is the solution of the linearized equation. The rational generating function of the sequence of coefficients of the power series represents the exact solution of the original equation. The method is based on the property that inverted power series for soliton-like solutions terminates at powers at least one greater than the order of the pole of the solution. Results. The effectiveness of the method is demonstrated in constructing exact localized solutions of the nonintegrable Korteweg–de Vries–Burgers equation, as well as nonlinear integrable differential-difference equations. Conclusion. The proposed method is applicable to solving integrable and non-integrable differential equations with constant coefficients, as well as integrable differential-difference equations.

About the authors

Aleksandr Isaevich Zemlyanukhin

Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

ORCID iD: 0000-0002-4379-8310
SPIN-code: 1779-8183
Scopus Author ID: 6603169205
ResearcherId: V-1577-2018
ul. Politechnicheskaya, 77, Saratov, 410054, Russia

Nikolay Aleksandrovich Artamonov

Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

SPIN-code: 8251-2604
Scopus Author ID: 59209431700
ul. Politechnicheskaya, 77, Saratov, 410054, Russia

Andrej Vladimirovich Bochkarev

Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

ORCID iD: 0000-0001-9088-9234
SPIN-code: 8127-0143
Scopus Author ID: 57192391330
ul. Politechnicheskaya, 77, Saratov, 410054, Russia

Vladimir Ilyich Bezlyudny

Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

ul. Politechnicheskaya, 77, Saratov, 410054, Russia

References

  1. Кудряшов Н. А. Методы нелинейной математической физики. Долгопрудный: Интеллект, 2010. 368 с.
  2. Конт Р., Мюзетт М. Метод Пенлеве и его приложения. М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований, Регулярная и хаотическая динамика, 2011. 315 с.
  3. Полянин А. Д., Зайцев В. Ф., Журов А. И. Нелинейные уравнения математической физики и механики. Методы решения: учебник и практикум для вузов. 2-е изд., испр. и доп. Москва: Юрайт, 2025. 256 с.
  4. Yamilov R. Symmetries as integrability criteria for differential-difference equations // J. Phys. A: Math. Gen. 2006. Vol. 39. P. 541-623 doi: 10.1088/0305-4470/39/45/R01.
  5. Андрианов И., Аврейцевич Я. Методы асимптотического анализа и синтеза в нелинейной динамике и механике деформируемого твердого тела. М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2013. 276 с.
  6. Хирота Р. Прямые методы в теории солитонов // В кн.: Солитоны. М.: Мир, 1983.С. 175-192. %1.05.
  7. Ван-Дайк М. Методы возмущений в механике жидкости. М.: Мир, 1967. 296 с.
  8. Эйлер Л. Дифференциальное исчисление. М.: ГИТТЛ, 1949. 580 с.
  9. Виноградов В. Н., Гай Е. В., Работнов Н. С. Аналитическая аппроксимация данных в ядерной и нейтронной физике. М.: Энергоатомиздат, 1987. 128 с.
  10. Бочкарев А. В., Землянухин А. И. Метод геометрического ряда построения точных решений нелинейных эволюционных уравнений // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 2017. Т. 57, № 7. С. 1113-1125 doi: 10.7868/S0044466917070079.
  11. Zemlyanukhin A. I., Bochkarev A. V., Orlova A. A., Ratushny A. V. Geometric series method and exact solutions of differential-difference equations // In: Abramian A.,K., Andrianov I.,V., Gaiko V.,A. (eds) Nonlinear Dynamics of Discrete and Continuous Systems. Advanced Structured Materials. Vol. 139. Cham: Springer, 2021. P. 239-253 doi: 10.1007/978-3-030-53006-8_15.
  12. Ландо С. К. Лекции о производящих функциях: учебное пособие. М.: МЦНМО, 2007. 144 с.
  13. Сафонов K. В. Об условиях алгебраичности и рациональности суммы степенного ряда // Матем. заметки. 1987. Т. 41, № 3. С. 325-332.
  14. Yagmur T. New approach to Pell and Pell-Lucas sequences // Kyungpook Math. J. 2019. Vol. 59, no. 1. P. 23-34 doi: 10.5666/KMJ.2019.59.1.23.
  15. Абловиц М. Д., Сигур Х. Солитоны и метод обратной задачи. М.: Мир, 1987. 479 с.
  16. Накоряков В. Е., Покусаев Б. Г., Шрейбер И. Р. Волновая динамика газо- и парожидкостных сред. М.: Энергоатомиздат, 1990. 246 с.
  17. Кудряшов Н. A. Преобразования Бэклунда для уравнения в частных производных четвертого порядка с нелинейностью Бюргерса–КдФ // Докл. АН СССР. 1988. Т. 300, № 2. С. 342-345.
  18. Гарифуллин Р. Н., Ямилов Р. И. Об интегрируемости решеточных уравнений с двумя континуальными пределами // Итоги науки и техн. Соврем. мат. и ее прил. Темат. обз. 2018. Т. 152. С. 159-164.
  19. Hinch E. J. Perturbation Methods. Cambridge: Cambridge University Press, 1991. 160 p doi: 10.1017/CBO9781139172189.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).