Wayground logo

Free Printable Worksheets

Font size

S
M
L
XL
Worksheets

PDE

Total questions: 10

Worksheet time: 55mins

Name
Class
Date
1.

Знайти загальний розв'язок диференціального рівняння:

 y2∂z∂x−x∂z∂y=0y^2\frac{\partial z}{\partial x}-x\frac{\partial z}{\partial y}=0  

a)

 z=Φ(x−y22) z=\Phi\left(x-\frac{y^2}{2}\right)\   де  Φ\Phi  -- довільна числова диференційована  функція.

b)

 z=Φ(x22+y33) z=\Phi\left(\frac{x^2}{2}+\frac{y^3}{3}\right)\   де  Φ\Phi  -- довільна числова диференційована  функція.

c)

 z=Φ(x22−y33)z=\Phi\left(\frac{x^2}{2}-\frac{y^3}{3}\right)  де  Φ\Phi  -- довільна числова диференційована  функція.

d)

 z=Φ(y22−x33)z=\Phi\left(\frac{y^2}{2}-\frac{x^3}{3}\right)  де  Φ\Phi  -- довільна числова диференційована  функція.

2.

Для того, щоб рівняння Пфаффа
 P(x,y,z)dx+Q(x,y,z)dy+R(x,y,z)dz=0P\left(x,y,z\right)dx+Q\left(x,y,z\right)dy+R\left(x,y,z\right)dz=0 
інтегрувалося одним співвідношенням, необхідною та достатньою умовою є те, що   векторне поле
 F→(P,Q,R)\overrightarrow{F}\left(P,Q,R\right)  має задовільняти рівності:

a)

 F→×F→=0→\overrightarrow{F}\times\overrightarrow{F}=\overrightarrow{0}  

b)

 div F→=0div\ \overrightarrow{F}=0  

c)

 F→⋅rotF→=0\overrightarrow{F}\cdot rot\overrightarrow{F}=0  

d)

 F→×rotF→=0→\overrightarrow{F}\times rot\overrightarrow{F}=\overrightarrow{0}  

3.

 2uxx+2uxy+uyy+2ux+2uy−u=02u_{xx}+2u_{xy}+u_{yy}+2u_x+2u_y-u=0 
Визначити тип рівняння.


a)

параболічний

b)

гіперболічний

c)

еліптичний

d)

тип визначити неможливо

4.

 ut=a2uxxu_t=a^2u_{xx} 
Визначити тип рівняння.


a)

параболічний

b)

гіперболічний

c)

еліптичний

d)

тип визначити неможливо

5.

 2uxx−3uxy+uyy+7ux+4uy−2u=02u_{xx}-3u_{xy}+u_{yy}+7u_x+4u_y-2u=0  

Звести рівняння  до канонічного вигляду

a)

 uξη+3uξ−uη+2u=0u_{\xi\eta}+3u_{\xi}-u_{\eta}+2u=0  

b)

 uηη−5uη+2u=0u_{\eta\eta}-5u_{\eta}+2u=0  

c)

 uξξ+uηη−uη+2uξ=0u_{\xi\xi}+u_{\eta\eta}-u_{\eta}+2u_{\xi}=0  

d)

 uξξ−6uη+2uξ−u=0u_{\xi\xi}-6u_{\eta}+2u_{\xi}-u=0  

6.

 ∂2u∂t2=25∂2u∂x2\frac{\partial^2u}{\partial t^2}=25\frac{\partial^2u}{\partial x^2}  

Знайти розв'язок задачі Коші для рівняння, якщо початкові умови такі:

 u(x,0)=0u\left(x,0\right)=0   ∂u∂t(x,0)=cos⁡3x\frac{\partial u}{\partial t}\left(x,0\right)=\cos3x  
 

a)

 cos⁡(3(x+5t))−cos⁡(3(x−5t))30\frac{\cos\left(3\left(x+5t\right)\right)-\cos\left(3\left(x-5t\right)\right)}{30}  

b)

 sh(3(x+5t))−sh(3(x−5t))30\frac{sh\left(3\left(x+5t\right)\right)-sh\left(3\left(x-5t\right)\right)}{30}  

c)

 arcsin⁡(3(x+5t))−arcsin⁡(3(x−5t))30\frac{\arcsin\left(3\left(x+5t\right)\right)-\arcsin\left(3\left(x-5t\right)\right)}{30}  

d)

 sin⁡(3(x+5t))−sin⁡(3(x−5t))30\frac{\sin\left(3\left(x+5t\right)\right)-\sin\left(3\left(x-5t\right)\right)}{30}  

7.

Для рівняння коливань струни довжиною   l=1мl=1м , закріпленої на кінцях

 ∂2u∂t2=a2∂2u∂x2\frac{\partial^2u}{\partial t^2}=a^2\frac{\partial^2u}{\partial x^2}  

Задані такі початкові умови:

 u(x,0)=x−x2;u\left(x,0\right)=x-x^2;   ∂u∂y(x,0)=0;\frac{\partial u}{\partial y}\left(x,0\right)=0; 

Знайти коефіцієнти  aka_k  та  bkb_k  для розкладання розв'язку у ряд Фур'є:
 u(x,t)=∑k=1∞(akcos⁡ akπlt+ bksin⁡ akπlt)sin⁡ kπlxu\left(x,t\right)=\sum_{k=1}^{\infty}\left(a_k\cos\ \frac{ak\pi}{l}t+\ b_k\sin\ \frac{ak\pi}{l}t\right)\sin\ \frac{k\pi}{l}x  

a)

 ak=4k3π3cos⁡ kπ2;a_k=\frac{4}{k^3\pi^3}\cos\ \frac{k\pi}{2};   bk=0b_k=0  

b)

 ak=0;a_k=0;   bk=4k3π3(1−(−1)k)b_k=\frac{4}{k^3\pi^3}\left(1-\left(-1\right)^k\right)  

c)

 ak=4k3π3(1−(−1)k);a_k=\frac{4}{k^3\pi^3}\left(1-\left(-1\right)^k\right);  bk=0b_k=0  

d)

 ak=0;a_k=0;   ak=4k3π3sin⁡ kπ2a_k=\frac{4}{k^3\pi^3}\sin\ \frac{k\pi}{2}  

8.

Для рівняння коливань струни довжиною   l=πмl=\piм , закріпленої на кінцях

 ∂2u∂t2=a2∂2u∂x2\frac{\partial^2u}{\partial t^2}=a^2\frac{\partial^2u}{\partial x^2}  

Задані такі початкові умови:

 u(x,0)=sin⁡x;u\left(x,0\right)=\sin x;   ∂u∂y(x,0)=0;\frac{\partial u}{\partial y}\left(x,0\right)=0; 

Знайти розв'язок методом Фур'є:
 u(x,t)=∑k=1∞(akcos⁡ akπlt+ bksin⁡ akπlt)sin⁡ kπlxu\left(x,t\right)=\sum_{k=1}^{\infty}\left(a_k\cos\ \frac{ak\pi}{l}t+\ b_k\sin\ \frac{ak\pi}{l}t\right)\sin\ \frac{k\pi}{l}x  

a)

 u(x,t)=cos⁡ t sin⁡axu\left(x,t\right)=\cos\ t\ \sin ax  

b)

 u(x,t)=cos⁡ ax sin⁡tu\left(x,t\right)=\cos\ ax\ \sin t  

c)

 u(x,t)=sin⁡ at cos⁡xu\left(x,t\right)=\sin\ at\ \cos x  

d)

 u(x,t)=cos⁡ at sin⁡xu\left(x,t\right)=\cos\ at\ \sin x  

9.

Функція


 u(x,t)=12π∫−∞+∞ 1a2te−(x−ξ)24a2tφ(ξ)dξu\left(x,t\right)=\frac{1}{2\sqrt{\pi}}\int_{-\infty}^{+\infty}\ \frac{1}{\sqrt{a^2t}}e^{-\frac{\left(x-\xi\right)^2}{4a^2t}}\varphi\left(\xi\right)d\xi 

для початкової умови  u(x,0)=φ(x)u\left(x,0\right)=\varphi\left(x\right)  дає розв'язок задачі Коші для:

a)

рівняння, що описує  розповсюдження тепла уздовж однорідного нескінченого  стержня

b)

рівняння, що описує  розповсюдження хвилі уздовж однорідної струни

c)

рівняння Лапласа рівняння, що описує  розподілення електричного потенціалу уздовж нескінченої полоси 

d)

Одновимірного рівняння Шредінгера

10.

 iℏ∂ψ∂t=−ℏ22m(∂2ψ∂x2+∂2ψ∂y2+∂2ψ∂z2)+Vψi\hbar\frac{\partial\psi}{\partial t}=-\frac{\hbar^2}{2m}\left(\frac{\partial^2\psi}{\partial x^2}+\frac{\partial^2\psi}{\partial y^2}+\frac{\partial^2\psi}{\partial z^2}\right)+V\psi 
Це:

a)

Класичне хвильове рівняння для тривимірного  простору

b)

Рівняння розповсюдження тепла у тривимірному  просторі

c)

Рівняння Шредінгера

d)

Нестаціонарне рівняння Лапласа у тривимірному  просторі