Кіріспе
Кейбір сызықтық емес бөлшектік дифференциалдық теңдеулерді шешу әдісі Математикада кері шашырау трансформациясы - бұл толқынның шашырауына байланысты математикалық әдістерді қолдана отырып, сызықтық емес бөлшектік дифференциалдық теңдеудің бастапқы мән проблемасын шешу әдісі. Тікелей шашырату түрлендіруі функцияның толқындарды қалай шашыратуын немесе байланған күйлерді қалай туғызатынын сипаттайды. Кері шашырау трансформациясы толқын шашырау деректерін толқын шашырау үшін жауапты функцияны құру үшін пайдаланады. Тура және кері шашырау трансформациялары сызықтық бөлшектік дифференциалдық теңдеулерді шешу үшін қолданылатын тура және кері Фурье трансформацияларына ұқсас. Дифференциалдық операторлардың жұбын пайдалана отырып, 3 қадамдық алгоритм сызықтық емес дифференциалдық теңдеулерді шеше алады; бастапқы шешім шашырату деректеріне (тікелей шашырату түрлендіруіне) түрлендіріледі, шашырату деректері уақыт бойынша алға (уақыт эволюциясы) дамыйды, ал шашырату деректері шешімді уақыттың алға (кері шашырату түрлендіруіне) қайта құруы мүмкін. Бұл алгоритм сызықтық емес бөлшектік дифференциалдық теңдеуді шешуді 2 сызықтық қарапайым дифференциалдық теңдеуді және қарапайым интегралды теңдеуді шешу үшін оңайлатады, бұл әдіс, ақыр соңында, көптеген сызықтық емес бөлшектік дифференциалдық теңдеулерді шешу қиын аналитикалық шешімдерге әкеледі. Кері шашырау мәселесі Риманның Хилберт факторлау мәселесіне тең, кем дегенде бір кеңістіктік өлшем теңдеулері жағдайында. Бұл формула екіден артық реттік дифференциалдық операторларға, сондай-ақ мерзімді проблемаларға жалпылана алады. Жоғары кеңістіктегі өлшемдерде оның орнына "жергілікті емес" Риманн-Хилберт факторлау проблемасы (көптеудің орнына ығысумен) немесе d bar проблемасы болады.
In mathematics, the inverse scattering transform is a method that solves the initial value problem for a nonlinear partial differential equation using mathematical methods related to wave scattering. The direct scattering transform describes how a function scatters waves or generates bound states. The inverse scattering transform uses wave scattering data to construct the function responsible for wave scattering. The direct and inverse scattering transforms are analogous to the direct and inverse Fourier transforms which are used to solve linear partial differential equations. Using a pair of differential operators, a 3 step algorithm may solve nonlinear differential equations; the initial solution is transformed to scattering data (direct scattering transform), the scattering data evolves forward in time (time evolution), and the scattering data reconstructs the solution forward in time (inverse scattering transform). This algorithm simplifies solving a nonlinear partial differential equation to solving 2 linear ordinary differential equations and an ordinary integral equation, a method ultimately leading to analytic solutions for many otherwise difficult to solve nonlinear partial differential equations. The inverse scattering problem is equivalent to a Riemann–Hilbert factorization problem, at least in the case of equations of one space dimension. This formulation can be generalized to differential operators of order greater than two and also to periodic problems. In higher space dimensions one has instead a "nonlocal" Riemann–Hilbert factorization problem (with convolution instead of multiplication) or a d bar problem.
Тарих
Кері шашырату трансформациясы жалғыздық толқындарды зерттеуден пайда болды. Расселл "ағылшыну толқыны" немесе "жеке толқын" деп судың тереңдігі аз жерде пайда болатынын айтқан. Алдымен J. V. Boussinesq, кейіннен D. Korteweg және G. deVries Korteweg deVries (KdV) теңдеуін, бұл толқындарды сипаттайтын сызықтық емес бөлшектік дифференциалдық теңдеуді тапты. Кейіннен Н. Забуский мен М. Крускал Фермидің Паста-Улам-Цингоу проблемасын зерттеу үшін сандық әдістерді пайдаланып, жалғыз толқындардың соқтығысатын бөлшектердің икемді қасиеттеріне ие екенін анықтады; толқындардың бастапқы және соңғы амплитудалары мен жылдамдықтары толқын соқтығысуынан кейін өзгеріссіз қалды. Бұл бөлшектерге ұқсас толқындар солитон деп аталады және дисперсиялық және сызықтық емес әсерлер арасындағы әлсіз тепе-теңдіктің салдарынан сызықтық емес теңдеулерде пайда болады. Гарднер, Грин, Крускал және Миура Кортевегде Врис теңдеуін шешу үшін кері шашырату түрлендірмесін енгізді. Лакс, Абловиц, Кауп, Ньюэлл және Сегур осы әдісті жалпылады, бұл басқа да сызықтық емес теңдеулерді, соның ішінде сызықтық емес Шредингер теңдеуін, синустық Гордон теңдеуін, модификацияланған Кортевег Де Врис теңдеуін, Кадомцев Петвяшвили теңдеуін, Ишимори теңдеуін, Тода тор теңдеуін және Дим теңдеуін шешуге әкелді. Бұл тәсіл әр түрлі сызықтық емес теңдеулерге де қолданылған, соның ішінде дифференциалдық айырма, ішінара айырма, көп өлшемді теңдеулер және бөлшекті интеграцияланатын сызықтық емес жүйелер.
Сызықтық емес бөлшектік дифференциалдық теңдеу
Тәуелсіз айнымалылар - кеңістіктік айнымалы және уақыт айнымалысы. Абонементтер немесе дифференциалдық операторлар дифференциацияны көрсетеді. Функция - бастапқы шарты (маңызы) бар сызықтық емес бөлшектік дифференциалдық теңдеудің шешімі.
Тікелей шашырау трансформациясы
Тiкелей шашырау түрленiмi бастапқы шашырау деректерiн жасайды; бұл шашырау коэффициенттерiн, өткiзу коэффициентiн, өзiндiк мәндер деректерiн және осы дифференциалдық теңдеудің өзiндiк функциясы шешімдерінің нормализациялық константаларын қамтуы мүмкін.
Скрипттік деректердің уақыт эволюциясы
Стрит деректерінің уақыт өте келе қалай дамығанын сипаттайтын теңдеулер уақытқа қатысты 1-ші реттік сызықтық қалыпты дифференциалдық теңдеудің шешімі ретінде пайда болады. Әр түрлі тәсілдерді қолдана отырып, бірінші реттік сызықтық дифференциалдық теңдеу сызықтық дифференциалдық операторлардан (Лакс жұбы, АКНС жұбы), сызықтық дифференциалдық операторлар мен сызықтық емес дифференциалдық теңдеудің комбинациясынан немесе қосымша ауыстыру, интеграциялау немесе дифференциациялау операциялары арқылы туындауы мүмкін. Ғарыштық асимптотикалық теңдеулер осы дифференциалдық теңдеулерді шешуді жеңілдетеді.
Кері шашырау трансформациясы
Марченко теңдеуі шашыраңқы деректерді сызықтық Фредгольм интегралды теңдеуіне біріктіреді. Бұл интегралды теңдеудің шешімі сызықтық емес дифференциалдық теңдеудің u ((x,t) шешімін береді.
Скрипттік деректердің уақыт эволюциясы
Ғарыштық асимптотикалық сол және оң Джост функциялары бұл қадамды жеңілдетеді. Тәуелдік константалары оң және сол Jost функцияларын және оң және сол нормализация константаларын байланыстырады. Лакс дифференциалдық операторы басқа меншікті функциялардың уақытқа тәуелді сызықтық комбинациясы ретінде білдірілетін меншікті функциясын тудырады. Бұл дифференциалдық теңдеулердің шешімдері, шашыраңқы және байланған күйдегі кеңістіктегі асимптотикалық Джост функцияларын пайдалана отырып, уақытқа тәуелді тұрақты беріліс коэффициентін, бірақ уақытқа тәуелді шағылысу коэффициенттері мен нормализация коэффициенттерін көрсетеді.
Кері шашырау трансформациясы
Марченко ядросы - Марченко интегралды теңдеуі - Марченко теңдеуінің шешімі, , сызықтық емес бөлшектік дифференциалдық теңдеудің шешімін береді.
The Marchenko integral equation is a linear integral equation solved for
The solution to the Marchenko equation, , generates the solution to the nonlinear partial differential equation.