Two-dimensional non-autonomous hyperbolic equation of the second order with power-law nonlinearities | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2017. № 49. DOI: 10.17223/19988621/49/5

Two-dimensional non-autonomous hyperbolic equation of the second order with power-law nonlinearities

The study of non-autonomous differential equations is of interest for the development of methods of their solutions and applications, including the study of inhomogeneous and non-stationary physical processes. In this paper, we consider the two-dimensional non-autonomous hyperbolic equation of second order containing a power-law nonlinearity in the first derivatives and arbitrary functions of the dependent and independent variables. To study the solutions of this equation, the method of functional separation of variables is used. The theorem on necessary and sufficient conditions under which this equation admits a functional separation of variables of a specified type is proved. A number of particular solutions of this equation have been obtained. In particular, we present solutions of the traveling wave type with exponential, logarithmic, and exponential functions of independent variables. For the found solutions, we formulate conditions of their existence and investigate the dependence of solutions on parameters of the equation. We have also obtained particular solutions with functions of the independent variables of a more general form. The theorem on the condition of existence of generalized self-similar solution has been proved. The results obtained in this work can be generalized for non-autonomous nonlinear equations of higher orders and more complex types of nonlinearities.

Download file
Counter downloads: 208

Keywords

неавтономное уравнение, функциональное разделение переменных, степенная нелинейность, решение типа бегущей волны, автомодельное решение, non-autonomous equation, functional separation of variables, power-law nonlinearity, solution of travelling wave type, self-similar solution

Authors

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

References

Полянин А.Д., Зайцев В. Ф. Справочник по нелинейным уравнениям математической физики: точные решения. М.: Физматлит, 2002. 432 с.
Полянин А.Д., Зайцев В.Ф., Журов А.И. Методы решения нелинейных уравнений математической физики и механики. М.: Физматлит, 2005. 256 с.
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.
Рахмелевич И. В. О некоторых новых решениях многомерного уравнения в частных производных первого порядка со степенными нелинейностями // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2015. № 3(35). С. 18-25. DOI 10.17223/19988621/35/3.
Рахмелевич И.В. О решениях многомерного дифференциального уравнения произвольного порядка со смешанной старшей частной производной и степенными нелинейно-стями // Владикавказский математический журнал. 2016. Т. 18. № 4. С. 41-49. DOI 10.23671/VNC.2016.4.5992.
Рахмелевич И.В. О редукции многомерных уравнений первого порядка с мультиодно-родной функцией от производных // Изв. вузов. Математика. 2016. № 4. С. 57-67.
Рахмелевич И.В. О многомерных уравнениях в частных производных со степенными нелинейностями по первым производным // Уфимский математический журнал. 2017. Т. 9. № 1. С. 98-108.
Полянин А.Д., Журов А.И. Обобщенное и функциональное разделение переменных в математической физике и механике // Докл. РАН. 2002. Т. 382. № 5. С. 606-611.
Miller J. (Jr.), Rubel L.A. Functional separation of variables for Laplace equations in two dimensions // J. Physics A. 1993. V. 26. P. 1901-1913.
Зайцев В.Ф., Полянин А.Д. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. М.: Физматлит, 2001. 576 с.
 Two-dimensional non-autonomous hyperbolic equation of the second order with power-law nonlinearities | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2017. № 49. DOI: 10.17223/19988621/49/5

Two-dimensional non-autonomous hyperbolic equation of the second order with power-law nonlinearities | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2017. № 49. DOI: 10.17223/19988621/49/5

Download full-text version
Counter downloads: 609