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摘 要: 用试探函数法求得一类反应扩散方程的反应扩散方程通解,验证当参数 m =1时解的正确性,得到连接不同平衡点的异宿轨道.可以把该解法推广到高维反应扩散方程中.
关键词: 反应扩散方程; 行波解;平衡点;异宿轨道
[中图分类号]O415 [文献标志码]A
Travelling Wave Solutions to a Kind of Reaction-diffusion Equations
ZHOU Xiao-yan, HU-Ping LIANG Qing-qing
(Lan Zhou University of arts and science ,Lanzhou 730070,China)
Abstract: By using the trial function method, we obtained the general solutions of reaction diffusion equations, And obtained the heteroclinic orbit of connecting to a different equilibrium point.The results show that it is righted when the parameter m=1, It is shown that the method can also be used to solve high-dimensional nonlinear reaction diffusion equations.
Key words: Reaction-diffusion equations; travelling wave solutions ; equilibrium point;heteroclinic orbit
非線性科学是目前科学研究的热点问题之一,求解非线性偏微分方程,也是数学和物理学家研究的重要内容.研究人员提出了很多方法,构造非线性方程精确解,如齐次平衡法[1]、反散射法、双曲正切函数展开法[2-5]、Darboux变换法、试探函数法[6]、Hirota双线性法、Sine-Gonsine法[7]、齐次平衡法、辅叠加法[8]、辅助常微分方程法[9]和双函数法[10-11],但由于问题的复杂性,至今尚无统一的方法,能够得到精确解的方程也是凤毛麟角.因此,本文用试探函数法,解出一类反应扩散方程的行波解的通解,分析不同情况下解的形式并验证.
1 反应扩散方程及行波变换
反应扩散方程(1)中,ν,k分别为扩散系数和反应系数且ν>0,k>0.
(13)式恰好是方程(10)当m=1的情况,说明方程(10)的正确性.即方程(10)就是连接鞍点(u*,P*)=(1,0)和结点(u*,P*)=(0,0)的异宿轨道,且 m 为任意值时都成立.至此,利用试探函数法解出了方程(1)的行波解的通解,并验证了当 m =1时结论的正确性.从而可知方程(10)就是方程(1)的通解.解对这类方程有一定的指导意义.
参考文献
[1] Wang ML Solitar wave solution for Boussinesq equation[J].Physics Letters A,1995,199:162-172.
[2] Parkes E J.Duffy B R.Traveling solitary wave solution to a compound Kdv-Burgers equation[J] .Physics Letters A,1997,229:217-220.
[3] Zhang G X,Li Z B,Duan Y S .Exact solitary waves solutions of nonlinear wave equations[J].Sci Sin A,2000,44(3):369-401.
[4] 张鹏飞,房维维,李利. 一类P(x)-laplace 方程非平衡解的存在性[J]. 牡丹江师范学院学报:自然科学版,2011(4):1-2.
[5] 刘希强.非线性发展方程显式解的研究[D].北京:中国工程物理研究院,2002.
[6] Fan E C,Zhang H Q. A note on homogeneous balance methed[J].Phys Lett A,1998,246:403-406.
[7] Kudryasow N A. Exact solutions of the generalized kuramoto Sivashinsky equations [J].Physics Letters A,1990,147:287-292.
[8] Yan C T.A simple transformation for nonlinear waves[J].Physics Letters A,1996,224:77-84.
[9] 徐淮娟 .二次曲线简化方程的定理[J].牡丹江师范学院学报:自然科学版,2003(3):2-3.
[10] Xie Y X.Tang J S. A unified approach in seeking the solitary wave solutions to sine-Gordon type equtions[J].Chinese Physics,2005,14(7):1303-1306.
[11] 关伟,张鸿庆.求解非线性方程的双函数法[J].高校应用数学学报:A辑,2001,16(2):163-168.
[12] 刘式适,刘式达.物理学中的非线性方程[M].北京:北京大学出版社,2000.195-200.
关键词: 反应扩散方程; 行波解;平衡点;异宿轨道
[中图分类号]O415 [文献标志码]A
Travelling Wave Solutions to a Kind of Reaction-diffusion Equations
ZHOU Xiao-yan, HU-Ping LIANG Qing-qing
(Lan Zhou University of arts and science ,Lanzhou 730070,China)
Abstract: By using the trial function method, we obtained the general solutions of reaction diffusion equations, And obtained the heteroclinic orbit of connecting to a different equilibrium point.The results show that it is righted when the parameter m=1, It is shown that the method can also be used to solve high-dimensional nonlinear reaction diffusion equations.
Key words: Reaction-diffusion equations; travelling wave solutions ; equilibrium point;heteroclinic orbit
非線性科学是目前科学研究的热点问题之一,求解非线性偏微分方程,也是数学和物理学家研究的重要内容.研究人员提出了很多方法,构造非线性方程精确解,如齐次平衡法[1]、反散射法、双曲正切函数展开法[2-5]、Darboux变换法、试探函数法[6]、Hirota双线性法、Sine-Gonsine法[7]、齐次平衡法、辅叠加法[8]、辅助常微分方程法[9]和双函数法[10-11],但由于问题的复杂性,至今尚无统一的方法,能够得到精确解的方程也是凤毛麟角.因此,本文用试探函数法,解出一类反应扩散方程的行波解的通解,分析不同情况下解的形式并验证.
1 反应扩散方程及行波变换
反应扩散方程(1)中,ν,k分别为扩散系数和反应系数且ν>0,k>0.
(13)式恰好是方程(10)当m=1的情况,说明方程(10)的正确性.即方程(10)就是连接鞍点(u*,P*)=(1,0)和结点(u*,P*)=(0,0)的异宿轨道,且 m 为任意值时都成立.至此,利用试探函数法解出了方程(1)的行波解的通解,并验证了当 m =1时结论的正确性.从而可知方程(10)就是方程(1)的通解.解对这类方程有一定的指导意义.
参考文献
[1] Wang ML Solitar wave solution for Boussinesq equation[J].Physics Letters A,1995,199:162-172.
[2] Parkes E J.Duffy B R.Traveling solitary wave solution to a compound Kdv-Burgers equation[J] .Physics Letters A,1997,229:217-220.
[3] Zhang G X,Li Z B,Duan Y S .Exact solitary waves solutions of nonlinear wave equations[J].Sci Sin A,2000,44(3):369-401.
[4] 张鹏飞,房维维,李利. 一类P(x)-laplace 方程非平衡解的存在性[J]. 牡丹江师范学院学报:自然科学版,2011(4):1-2.
[5] 刘希强.非线性发展方程显式解的研究[D].北京:中国工程物理研究院,2002.
[6] Fan E C,Zhang H Q. A note on homogeneous balance methed[J].Phys Lett A,1998,246:403-406.
[7] Kudryasow N A. Exact solutions of the generalized kuramoto Sivashinsky equations [J].Physics Letters A,1990,147:287-292.
[8] Yan C T.A simple transformation for nonlinear waves[J].Physics Letters A,1996,224:77-84.
[9] 徐淮娟 .二次曲线简化方程的定理[J].牡丹江师范学院学报:自然科学版,2003(3):2-3.
[10] Xie Y X.Tang J S. A unified approach in seeking the solitary wave solutions to sine-Gordon type equtions[J].Chinese Physics,2005,14(7):1303-1306.
[11] 关伟,张鸿庆.求解非线性方程的双函数法[J].高校应用数学学报:A辑,2001,16(2):163-168.
[12] 刘式适,刘式达.物理学中的非线性方程[M].北京:北京大学出版社,2000.195-200.