Integral representation of the solution of the initial value problem for the wave equation on a geometric graph without boundary vertices

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

We study the initial value problem $u(x,0)=\varphi(x),$   $u_t(x,0)=0$ for the wave equation $u_{xx}(x,t)=u_{tt}(x,t)$ for $x\in\Gamma\setminus J$ and $t>0,$   where $\Gamma$ is a geometric graph (according to Yu. V. Pokornyi) with straight-line edges and without boundary vertices ($\partial\Gamma=\varnothing$), $J$ is the set of all internal vertices of $\Gamma,$   and the function $\varphi$ is given; the transmission conditions that close the problem are, in addition to the continuity of the function $u(\,\cdot\,,t)$ at the interior vertices, the smoothness conditions for it, the essence of which is that for each $t\geqslant0$ at each interior vertex $a\in J$ the sum of the right derivatives of the function $u(\,\cdot\,,t)$ in all admissible directions is 0. It is proved that if $G^\ast$ is a generalized Green's function (according to M. G. Zavgorodniy, 2019) for the boundary value problem $-y''(x)=f(x),$   $x\in\Gamma\setminus J,$   under smooth transmission conditions (here $y$ is the desired function, continuous at the points of $J,$   and $f$ is a given function, uniformly continuous on each edge of $\Gamma$), then the classical solution $u$ of the initial value problem is representable in form:
<br/>u(x,t)=φ-Γg*(x,t,s)φ''(s)ds,<br/>
u(x,t)=\langle\varphi\rangle-\int\limits_\Gamma g^\ast(x,t,s)\varphi''(s)\,ds,

where $\langle\varphi\rangle$ is the average of $\varphi$ over $\Gamma,$   and $g^\ast(x,t,s)=[\mathcal C(t)G^\ast(\,\cdot\,,s)](x),$   where, in turn, $\mathcal C$ is an operator function finitely described only through the metric and topological characteristics of $\Gamma.$    The approach to obtaining this representation of $u$ is similar to the approach implemented by the author earlier (2006) in the case where $\partial\Gamma\ne\varnothing$ and Dirichlet conditions are imposed at the points of $\partial\Gamma.$

About the authors

Vladimir L. Pryadiev

Voronezh State University

Author for correspondence.
Email: pryad@mail.ru
ORCID iD: 0009-0005-8301-5674

Candidate of Physics and Mathematics, Associate Professor of the Functions Theory and Geometry Department

Russian Federation, 1 Universitetskaya Sq., Voronezh 394018, Russian Federation

References

  1. V.L. Pryadiev, “Description of solutions to the initialboundary-value problem for a wave equation on a one-dimensional spatial network in terms of the Green function of the corresponding boundary-value problem for an ordinary differential equation”, J. of Math. Sci., 147:1 (2007), 6470–6482.
  2. Yu.V. Pokornyĭ, I. G. Karelina, “On the Green function of the Dirichlet problem on a graph”, Soviet Mathematics Doklady, 43:3 (1991), 732–734.
  3. Yu.V. Pokornyi, O.M. Penkin, V.L. Pryadiev, A.V. Borovskikh, K.P. Lazarev, S.A. Shabrov, Differential Equations on Geometrical Graphs, FIZMATLIT Publ., Moscow, 2004 (In Russian).
  4. R. Courant, D. Hilbert, Methoden der Mathematischen Physik. V. I, Julius Springer, Berlin, 1930.
  5. V.L. Pryadiev, “One approach to the finite-form description of solutions of the wave equation on a spatial network”, Spectral and Evolution Problems, Proceeding of the Fifteenth Crimean Autumn Math. School – Symposium (Sevastopol, September 17–29), 15, Sevastopol–Laspi, 2005, 132–139 (In Russian).
  6. N.V. Glotov, V.L. Pryadiev, “Opisanie resheniy volnovogo uravneniya na konechnom i ogranichennom geometricheskom grafe pri usloviyakh transmissii tipa “zhidkogo” treniya”, Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Fizika. Matematika, 2006, №2, 185–193 (In Russian).
  7. Yu.V. Pokornyi, V.L. Pryadiev, A.V. Borovskikh, “The wave equation on a spatial network”, Doklady Mathematics, 67:1 (2003), 10–12.
  8. I.G. Karelina, Some Differential Inequalities on Graphs, Diss. ... Cand. Sci. (Phys. and Mathematics), Voronezh State University, Voronezh, 1992 (In Russian).
  9. V.L. Pryadiev, L.G. Fadeeva, “Representation of the Solution of theWave Equation on an Unbounded Geometric Graph Without Boundary Vertices”, Collection of Scientific Papers: Improving the Teaching of Physics, Mathematics, and General Technical Disciplines in Pedagogical Universities and Schools, 4, Borisoglebsk State Pedagogical Institute, Borisoglebsk, 2007, 39–53 (In Russian).
  10. O.V. Korovina, On Some Properties of Solutions to the Wave Equation on a Geometric Graph, Diss. ... Cand. Sci. (Phys. and Mathematics), Belgorod State University, Belgorod, 2009 (In Russian).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».