"열방정식"의 두 판 사이의 차이

2010년 10월 21일 (목) 15:29 판

열의 전달을 기술하는 편미분방정식
\(\frac{\partial u}{\partial t} -\beta\left(\frac{\partial^2u}{\partial x^2}+\frac{\partial^2u}{\partial y^2}+\frac{\partial^2u}{\partial z^2}\right)=0\)

\(u(x,t)=X(x)T(t)\)로 두자.

\(X''(x)=K_{n}X(x)\)

\(T'(t)=\beta K_{n}T(t)\)

여기서 \(K_{n}=-(\frac{n\pi}{L})^2, \n=1,2,3,\cdots\)

\(u(x,t)=e^{-k n^2 t} e^{ik nx}\) 는 위의 열방정식의 해이다.

무한한 길이의 막대를 가정
초기조건 (\(t=0\)) 에서의 온도분포
\(u(x,0)=f(x)\)
\(N(\mu,\sigma^2)\) 인 정규분포의 확률밀도함수는 다음과 같다 (정규분포와 그 확률밀도함수)
\(\frac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}}\exp\left(-\frac{(x-\mu)^2}{2\sigma^2}\right)\)
heat kernel
\(K(x,t)=\frac{1}{\sqrt{2\pi t}}\exp\left(-\frac{x^2}{2t}\right)\)
heat kernel 을 이용한 열방정식의 해
\(u(x,t)=\int_{-\infty}^{\infty}f(y)K(x-y,t)\,dy=\frac{1}{\sqrt{2\pi t}}\int_{-\infty}^{\infty}f(y)\exp\left(-\frac{(x-y)^2}{2t}\right)\,dy\)
확률론적 이해
\(u(x,t)=\int_{-\infty}^{\infty}f(y)K(x-y,t)\,dy=E[f(X_t)]\)
여기서 \(X_t\)는 \(N(x,t)\)를 따르는 확률변수

\(\vartheta (x,it)=1+2\sum_{n=1}^\infty \exp(-\pi n^2 t) \cos(2\pi nx)\)

\(\frac{\partial}{\partial t} \vartheta(x,it)=\frac{1}{4\pi} \frac{\partial^2}{\partial x^2} \vartheta(x,it)\)

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-<h5 style="line-height: 2em; margin: 0px;">경계조건과 초기조건</h5>
+<h5 style="line-height: 2em; margin: 0px;">유한한 길이의 막대변수분리를 통한 해</h5>
 *  경계조건 (양 끝점의 온도는 고정)<br><math> t>0</math> 일 때, <math>u(0,t)=u(L,t)=0</math><br>
 *  초기조건 (<math>t=0</math>) 에서의 온도분포<br><math>u(x,0)=f(x)</math><br>
-<h5 style="line-height: 2em; margin: 0px;">변수분리를 통한 해</h5>
 <math>u(x,t)=X(x)T(t)</math>로 두자.