On some new solutions of the multi-dimensional first order partial differential equation with power-law non-linearities | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2015. № 3(35).

On some new solutions of the multi-dimensional first order partial differential equation with power-law non-linearities

Investigations of nonlinear partial differential equations of the first order with an arbitrary number of independent variables are an important part of up-to-date mathematical physics. For many equations of this class, only solutions of the simplest kind are known, in particular, solutions of the travelling wave type. The present work is devoted to finding solutions of a more complex form for the multi-dimensional equation of the first order with power-law non-linearity in derivatives. To solve this problem, in this paper we propose a new variant of the method of separation of variables - the method of two-level functional separation of variables. The characteristic feature of this method is that the desired function depends on a superposition of functions of the first and second levels of one variable, and these functions are determined as the result of solving some ordinary differential equations. Based on the method proposed in the paper, new exact solutions of the considered equation are obtained in an implicit form. The solutions contain some generalized polynomials of independent variables. Conditions of the existence of these solutions are specified. The results of this work can be generalized to other non-linear first order equations and equations of higher orders with many independent variables.

Download file
Counter downloads: 331

Keywords

уравнение в частных производных, функциональное разделение переменных, степенная нелинейность, partial differential equation, functional separation of variables, power-law non-linearity

Authors

NameOrganizationE-mail
Rakhmelevich Igor VladimirovichNizhny Novgorod State Universityigor-kitpd@yandex.ru
Всего: 1

References

Зайцев В.Ф., Полянин А.Д. Справочник по дифференциальным уравнениям с частными производными первого порядка. М.: Физматлит, 2003.
Камке Э. Справочник по дифференциальным уравнениям в частных производных первого порядка. М.: Наука, 1966. 260 с.
Полянин А.Д., Зайцев В.Ф. Справочник по нелинейным уравнениям математической физики: точные решения. М.: Физматлит, 2002. 432 с.
Полянин А.Д., Журов А.И. Обобщенное и функциональное разделение переменных в математической физике и механике // Доклады РАН. 2002. Т. 382. № 5. С. 606-611.
Рахмелевич И.В. О применении метода разделения переменных к уравнениям математической физики, содержащим однородные функции от производных // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2013. № 3(23). С. 37-44.
Рахмелевич И.В. Об уравнениях математической физики, содержащих мультиоднородные функции от производных // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2014. № 1(27). С. 42-50.
Рахмелевич И.В. О решениях многомерного уравнения Клеро с мультиоднородной функцией от производных // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия Математика, механика, информатика. 2014. Т. 14. № 4-1. С. 374-381.
Рахмелевич И.В. О двумерных гиперболических уравнениях со степенной нелинейностью по производным. // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2015. № 1(33). С. 12-19.
Miller J. (Jr.), Rubel L.A. Functional separation of variables for Laplace equations in two dimensions // Journal of Physics A. 1993. V. 26. P. 1901-1913.
Zhdanov R.Z. Separation of variables in the non-linear wave equation // Journal of Physics A. 1994. V. 27. P. L291-L297.
Grundland A.M., infeld E. A family of non-linear Klein - Gordon equations and their solutions // Journal of Mathematical Physics. 1992. V. 33. No 7. P. 2498-2503.
 On some new solutions of the multi-dimensional first order partial differential equation with power-law non-linearities | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2015. № 3(35).

On some new solutions of the multi-dimensional first order partial differential equation with power-law non-linearities | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2015. № 3(35).

Download full-text version
Counter downloads: 759