PDEtools[InvariantEquation] - 与えられた対称性群に基づく不変微分方程式の計算
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使い方
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InvariantEquation(S, DepVars, 'options'='value')
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パラメータ
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S
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対称生成子の無限小、または、たとえば n 個の無限小のリストであり、多くは対称の n-次元の群を表します。
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DepVars
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問題の従属変数を示す関数または関数のリスト
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arbitraryfunctionname
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オプション - 返される不変式に表示される任意関数を表すために使用される名前を示します。
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order
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(オプション)必要な微分方程式の次数を表します。デフォルトは 1 です。
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jetnotation = ...
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(オプション) true (デフォルト), false, jetODE, jetvariables または withoutbrackets を指定して、それぞれが使用可能な異なる jet 表記 を返すか、あるいは、この表記を使用しないようにすることがでできます。
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simplifier = ...
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(オプション)デフォルト simplify/size の代わりに使用する簡単化の引数(simplifier) を示します。
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モデルの説明
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備考:多次元のケースにおいては、 与えられた無限小の形式により、問題は解を持たない可能性があります。
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オプションとして、簡単化の引数を指定して、これをデフォルトの simplify/size の代わりに使用することができます。この目的のために、オプションの引数 simplifier = .... を使用します。デフォルトでは、InvariantEquation により返される式は関数表記となります。つまり、右辺に使用可能なあらゆる jet 表記 を使用可能なオプションの引数 jetnotation = ... を渡すことによっても、この変更を行なうことができます。
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オプションのキーワードを記憶しておかなくても良いように、キーワードのスペルの入力を誤った場合、または、キーワードの一部しか入力しなかった場合でも、正しいキーワードに対する一致検索が実施されます。一致候補が 1 つだけの場合、入力は自動的に修正されます。
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アプリケーションと例題
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with(PDEtools, InvariantEquation, SymmetryTest, SymmetryTransformation, dchange, InfinitesimalGenerator, Invariants, ToJet);
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| (4.1) |
2 つの独立変数と 1 つの従属変数 を伴う偏微分方程式(PDE)問題を検討します。また、対称性群の無限小のリストを検討します。
| (4.2) |
無限小生成作用素 の基礎となる対称変換に基づく不変等式は、次のようになります。
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PDE := InvariantEquation(S, u(x, t), arbitraryfunctionname = Lambda);
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| (4.3) |
の不変性は多様な方法で検証することができますが、最も簡単なのはおそらく、 が の対称であることを検証する SymmetryTest を使用する方法です。
| (4.4) |
これより抽象性の低い検証方法は、 に関する、たとえば、新しい変数 に関しての対称変換を明示的に構成することです。
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itr := SymmetryTransformation(S, u(x, t), w(r, s));
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| (4.5) |
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tr := solve(itr, {x, t, u(x,t)});
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| (4.6) |
ここで、PDE の変数を を使用して変更します。また、リー群のパラメータ が実数であることを思い出して を再取得しますが、これは対称変換 の下では不変です。
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dchange(tr, PDE, known = Lambda, [r, s, w(r, s)]);
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| (4.7) |
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simplify((4.7)) assuming _epsilon::real;
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| (4.8) |
あるいは、 に対応し、かつ、次数 1 に延長された、すなわち、 および最大 1 次の の偏導関数に依存する関数で作用する準備が整った、無限小生成作用素 は次のようになります。
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G := InfinitesimalGenerator(S, u(x,t), prolongation = 1, expanded);
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| (4.9) |
ここで、微分演算子 を に適用して、 の下で が不変性を有することからゼロを取得します。 jet 表記の演算子である を適用するためには、同一の表記で を書き直す必要があります。
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jetPDE := ToJet(PDE, u(x, t));
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| (4.10) |
| (4.11) |
このゼロの基となっている の構成方法があります。それは、 の Invariants の任意関数で、次のとおりです。
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Invariants(S, u(x, t));
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| (4.12) |
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