TENGLAMASINI BIRINCHI INTEGRAL USULIDA YECHISH
Jumaniyozova Xayriniso
Urganch Davlat Universiteti
Annotatsiya: Ushbu maqolada nochiziqli Shredinger tenglamasining o‘zgarmas amplitudali yechimlari haqida ma’lumot berilgan.
Kalit so‘zlar: nochiziqli Shredinger tenglamasi, soliton yechim, birinchi integral usuli
Ma’lumki, chiziqli bo‘lmagan murakkab fizik hodisalar fizikadan biologiya, kimyo, mexanika va boshqalarga qadar ko‘plab sohalarda ishtirok etadigan chiziqli bo‘lmagan xususiy hosilali differensial tenglamalar bilan bog‘liq. Hodisalarning matematik modellari sifatida bu tenglamalarning yechimlarini tekshirish bu hodisalarni yaxshiroq tushunishga yordam beradi.
Xususiy hosilali differensial tenglamalarning aniq yechimlarini olishning ko‘plab samarali usullari yaratilgan va ishlab chiqilgan, masalan, Li simmetriyalari usuli [1], exp-funktsiya usuli [2, 3], sin-cos usuli [4, 5], kengaytirilgan tanh-coth usuli [6, 7], proyektiv Rikkati tenglama usuli [8, 9] va boshqalar.
Birinchi integral usul Feng tomonidan [10] da kommutativ algebraning halqa nazariyasiga asoslangan bo‘lib, dastlab Burgers-KdV tenglamasini yechishda taklif qilingan. So‘nggi paytlarda bu usul ko‘pchilik tenglamalar uchun keng qo‘llanilgan.
Mazkur ishda biz ushbu ,
22 tXi
xxxxxxt keuuidicuubuauiu
(1)
manbali umumlashgan nochiziqli Shredinger tenglamasini yechimini topishning birinchi integral usulini ko‘rib chiqamiz.
U quyidagi qadamlarda amalga oshiriladi:
1-qadam. txuu , funksiya (1) tenglamaning yechimi bо‘lsin. Quyidagi
ftxu ,
,,ctx
(2)
almashtirishni kiritamiz. Bu almashtirish bizga quyidagi o‘zgarishlardan foydalanish imkonini beradi:
2 2 2 2
. . , . . , . . , . . ,c c
x t x t x
(3)
Bu almashtirishlardan foydalanib (1) nochiziqli hususiy hosilali differensial tenlamani ushbu.,...,,
uu
uH
(4)
nochiziqli oddiy diferensial tenglamaga keltiramiz. Bu yerda u u
noma’lum funksiya,H esau o‘zgruvchili va uning hosilalaridagi ko‘phad.
2-qadam. Deylik (4) ning oddiy differensial tenglama yechimini quyidagicha yozish mumkin bo‘lsin: ,u x t f
. (5)
Budan tashqari biz yangi mustaqil o‘zgaruvchini ham kiritamiz , f
X f Y
. (6)
3-qadam. (5) va (6) ga ko‘ra (4) tenglamani nochiziqli birinchi tartibli differensial tenglamaga quyidagicha almashtirish mumkin.
YXF
,
,
1
(7)
Agar (7) tenglamaning integrallarini topa olsak, u holda (7) tenglamaning umumiy yechimlarini bevosita topish mumkin. Bunda tx
haqiqiy qiymatli funksiya va
,,,,,,, kdcba larning barchasi haqiqiy.
Ushbu ,, ti
etxu
(8)
ko`rinishdagi tekis to`lqin yechimlarini ko`rib chiqaylik, bu yerda
haqiqiy funksiya. Qulaylik uchun0x
, bu yerda va0x haqiqiy o`zgarmaslar va tx
deb olamiz. Shundan keyin (8) funksiya hosilalari ustida tegishli shakl almashtirishlarni bajarib, natijaning haqiqiy va mavhum qismlarini ajratib, biz quyidagi ikkita oddiy differensial tenglamani hosil qilamiz: ,0332 22323
dcac
(9)
387 .03 3332232 kdbcaca
(10)
(10) ni ga nisbatan bir marta integrallab, quyidagi ,032 222 Mcac
(11)
tenglikni hosil qilamiz. Bu yerdaM ihtiyoriy integral o`zgarmas. Ushbu funksiya (10) va (11) tengliklarni qanoatlantirgani uchun biz quyidagi cheklash shartini kiritamiz:.
3 22
M
k
d
db
ca
ca
ca
(12)
(6), (7) tengliklardan foydalanib quyidagi yechimlarni hosil qilamiz: ,
YX
(13) .3
c
M
a
d
Y
(14)
Birinchi integral metodiga ko`ra,
X va Y mos ravishda (13) va (14) ning notrivial yechimlari hamda, im
i i YXaYXP
0
, YXC , kompleks sohadagi qisqarmas ko`phad. Shunday deb faraz qilamizki: ,0, 0
i
m
i
i YXaYXP
(15)
bu yerda miXai ,...,2,1,0, X ning ko`phadlari va 0Xam .
Ushbu (15) tenglik (13) va (14) tengliklarning birinchi integrali deb ataladi. Bo`linish teoremasi tufayli YXC , kompleks sohada YXgXh ko`phad mavjud bo`lib, .
i
m
i
i YXaYXgXh
d
dP
P
d
dX
P
d
dP
(16)
Yuqorida biz1m va2m deb faraz qilib, ikkita holatni ko`rib chiqdik.
1-hol. Faraz qilaylik1m bo`lsin. U holda (16) ning ikkala tomonidagi)0,1,2( iY i
koeffitsiyentlarini tenglashtirib ushbu 1 1a X g X a X
, (17) 0 1 0a X h X a X g X a X
(18)
388 3 2
(19)
tengliklarni hosil qilamiz. 0,1,2ia X i
ko‘phad bo‘lgani uchun (17) ga asosan 1a X o‘zgarmas va 0g X
degan xulosaga kelamiz. Soddalik uchun 1 1a X deb olamiz. h X , va 0a X xulosaga kelamiz. Faraz qilaylik, h X AX B va0A boʻlsin, u holda biz Xa koʻphadni 2
a X X BX D
(20)
koʻrinishda topamiz. BundaD ihtiyoriy integral o`zgarmasi.
(19) ga 0a X , 1a X va h X ni qo`yib,X ning barcha darajalari oldidagi koeffitsiyentlarini nolga tenglashtirib, nochiziqli algebraik tenglamalar sistemasini hosil qilamiz va uni yechish orqali ushbu yechimlarni olamiz:2 2
2 2 3 ,
0, , 0,
i c d D a c
i d
M A B
(21)2 2
2 2 3 ,
0, , 0.
i c d D a c
i d
M A B
(22)
(15) da (21) va (22) shartlardan foydalanib, biz quyidagiga ega bolamiz 22i d
Y X D
. (23)
Biz (23) ni (13) bilan birlashtirib, (13) va (14) ning aniq yechimlarini oldik. harakatlanuvchi to`lqin yechimlarini quyidagicha yozishimiz mumkin:
389
1 4 1 4
1 4 3 4 1 4
11 4
, 2
tanh 1 2 2
exp ,
u x t i c D
2 2
2 2 3i c d D a c
(24)
1 4 1 4
1 4 3 4 1 4
11 4
, 2
exp ,
u x t i c D
2 2
2 2 3i c d D a c
(25)
2-hol. Faraz qilaylik2m bo`lsin. U holda (16) ning ikkala tomonidagi)0,1,2( iY i
koeffitsiyentlarini tenglashtirib ushbu 2 2a X g X a X
, (26) 1 2 1a X h X a X g X a X
, (27)
3 2
0 2 2 2 2
1 0
a X a X X X
h X a X g X a X
(28) 3 2
2 3 .
(29)
tengliklarni hosil qilamiz. 0,1, 2ia X i
ko‘phad bo‘lgani uchun (26) ga asosan 2a X o‘zgarmas va 0g X
degan xulosaga kelamiz. Soddalik uchun 2 1a X deb olamiz. h X , va 0a X xulosaga kelamiz. Faraz qilaylik, h X AX B va0A boʻlsin, u holda biz 1a X va 0a X koʻphadlarni ushbu
390 2
1 2
a X X BX D
(30)
4 3
8 2 2
A d
a X X AB X
AD B a M
c X BD X F
c c
(31)
koʻrinishda topamiz. Bunda, ,A B D vaF ihtiyoriy integral o`zgarmasi.
(29) tenglikga 0a X , 1a X 2a X va h X ni qo`yib,X ning barcha darajalari oldidagi koeffitsiyentlarini nolga tenglashtirib, nochiziqli algebraik tenglamalar sistemasini hosil qilamiz va uni yechish orqali ushbu yechimlarni olamiz:2 2
0, 2 4 6 ,
, , 0,
M i c d D a c
D i d
F A B
(32)2 2
0, 2 4 6 ,
, , 0,
M i c d D a c
D i d
F A B
(33)
(15) da (32) va (33) shartlardan foydalanib, biz quyidagiga ega bolamiz 2
i d X cD
Y c
. (34)
Biz (34) ni (13) bilan birlashtirib, (13) va (14) ning aniq yechimlarini oldik. harakatlanuvchi to`lqin yechimlarini quyidagicha yozishimiz mumkin:
1 4 1 4 1 4
tanh 2 2
3912 21 2 2 3
2 i c d D a c
, (35)
11 4 1 4 3 4 1 4
d D x t c c
2 21 2 2 3
2 i c d D a c
. (36)
(24)-(25) va (35)-(36) tenglamalar (1) manbali umumlashgan nochiziqli Shredinger tenglamasining aniq harakatlanuvchi to`lqin yechimlaridir
Adabiyotlar
[1] A.-L. Guo and J. Lin, “Exact solutions of (2 + 1)-dimensional HNLSequation,”Communications inTheoretical Physics, vol. 54, no. 3, pp. 401–406, 2010.
[2] A.-M.Wazwaz, “Solitary wave solutions of the generalized shallow water wave (GSWW) equation by Hirota’s method, tanhcoth method and Exp-function method,” Applied Mathematics and Computation, vol. 202, no. 1, pp. 275–286, 2008.
[3] J.-H. He and L.-N. Zhang, “Generalized solitary solution and compactonlike solution of the Jaulent-Miodek equations using the Exp-function method,” Physics Letters A, vol. 372, no. 7, pp. 1044–1047, 2008.
[4] A.-M. Wazwaz, “The tanh and the sine-cosine methods for a reliable treatment of the modified equal width equation and its variants,” Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, vol. 11, no. 2, pp. 148–160, 2006.
[5] A.-M. Wazwaz, “Solitary wave solutions for modified forms of DegasperisProcesi and Camassa-Holm equations,” Physics Letters A, vol. 352, no. 6, pp. 500– 504, 2006.
[6] E. Fan, “Extended tanh-function method and its applications to nonlinear equations,” Physics Letters A, vol. 277, no. 4-5, pp. 212–218, 2000.
[7] M. A. Abdou, “The extended tanh method and its applications for solving nonlinear physical models,” Applied Mathematics and Computation, vol. 190, no. 1, pp. 988–996, 2007.
[8] R. Conte and M. Musette, “Link between solitary waves and projective Riccati equations,” Journal of Physics A, vol. 25, no. 21, pp. 5609–5623, 1992.
[9] D. C. Lu and B. J. Hong, “New exact solutions for the (2+1)-dimensional generalized Broer-Kaup system,” Applied Mathematics and Computation, vol. 199, no. 2, pp. 572–580, 2008.
[10] Z. Feng, “The first-integral method to study the Burgers-Korteweg-de Vries equation,” Journal of Physics A, vol. 35, no.2, pp. 343–349, 2002.
본문은 PDF에서 자동으로 추출되었으며 부정확할 수 있습니다.