• ベストアンサー

この1階偏微分方程式の問題の意味を教えて下さい。

u=f(x,y)はx,yの連続微分可能関数で ∂u/∂x+x(∂u/∂y)=0 とする。 このときAを任意定数とする曲線 x(t)=t,y(t)=(1/2)t^2+A,(-∞<t<∞) 上で、u=f(x(t),y(t))がtについて定数であることを示しなさい。 という問題です。 du/dt=0を示せばいいのですが、 「tについて定数である」 が何を言っているかはどのように説明すればよいのでしょうか? 解き方は分かるのですが、 これの説明が文章でうまく書けません。 どなたか分かる方教えて下さい お願いします

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
noname#221368
noname#221368
回答No.3

 特性曲線のイメージをつかめていますか?。  2変数関数f(x,y)の関数値をz方向にプロットするとして、(x,y,z)空間にfのグラフを書けば、fは(x,y,z)内で一つの曲面を定義するのはわかると思います。  特性曲線は、その曲面の等高線です(zが高さ)。等高線(特性曲線)は、∇fに直交しますよね?。また∇f=(∂u/∂x,∂u/∂y)という事もご存じでしょう。という事は特性曲線は、∇fの向きを決定できれば求まります。  ∂u/∂x+x(∂u/∂y)=0のタイプの一階偏微分方程式は、∇fの向きを内積で決めてる訳です。つまり∇f=(∂u/∂x,∂u/∂y)は常に、ベクトル(1,x)と直交するという事です。  ベクトル(1,x)が特性曲線の向きなので、それを(dx,dy)で表せば、(dx,dy)//(1,x)なので(//は平行)、   dy/dx=x が成り立ち、y=(1/2)x^2+Aになります。Aは積分定数です。  そうすると、(1/2)x^2-y=A 上でf(x,y)は一定です。また、(1/2)x^2-y=A  はAによって(x,y)平面内を移動します。  従ってfは、一変数関数f(A)と考えられます。でもこの表現はあんまりなので、普通は、   f((1/2)x^2-y) という形を使います。つまり、(1/2)x^2-y=A=一定なら、f(x,y)=f(A)も一定よ、という意味に過ぎません(^^)。

noname#246158
質問者

お礼

詳しくありがとうございます。 よく分かりました。 本当に助かりました

全文を見る
すると、全ての回答が全文表示されます。

その他の回答 (2)

  • spring135
  • ベストアンサー率44% (1487/3332)
回答No.2

∂u/∂x+x(∂u/∂y)=0                 (1) du/dt=(dx/dt)(∂u/∂x)+(dy/dt)(∂u/∂y)      (2) x(t)=t,y(t)=(1/2)t^2+A,(-∞<t<∞)より dx/dt=1, dy/dt=t=xを(2)に代入 du/dt=∂u/∂x+x(∂u/∂y) これは(1)より0 つまり du/dt=0 (3) 積分して u=constant for t

noname#246158
質問者

お礼

どうもありがとうございます 助かります

全文を見る
すると、全ての回答が全文表示されます。
  • Willyt
  • ベストアンサー率25% (2858/11131)
回答No.1

任意のどんな実数tを与えても関数の値が一定だと言っているのです。

noname#246158
質問者

お礼

ありがとうございます

全文を見る
すると、全ての回答が全文表示されます。

関連するQ&A

  • 特性曲線(1階偏微分方程式)の問題が分かりません

    この問題が分かりません。どなたか教えて下さい。 u=f(x,y)はx,yの連続微分可能関数で ∂u/∂x+x(∂u/∂y)=0 とする。 このときAを任意定数とする曲線 x(t)=t,y(t)=(1/2)t^2+A,(-∞<t<∞) 上で、u=f(x(t),y(t))がtについて定数であることを示しなさい。 という問題です。 皆さんお願いいたします。

  • 特性曲線、1階偏微分方程式の問題を教えて下さい

    この問題が分かりません。 u=f(x,y)はx,yの連続微分可能関数で y(∂u/∂x)-x(∂u/∂y)=0 とする。 このときA>0を任意定数とする曲線 x(t)=Asint,y(t)=Acost,(-∞<t<∞) 上で、u=f(x(t),y(t))がtについて定数であることを示しなさい。 という問題です。 どなたか教えて下さい。 お願いいたします。

  • 微分方程式

    微分可能な関数f(x)が, ∫[0~x]f(t)dt=x^3-3x^2+x+∫[0~x]tf(x-t)dt をみたしている. このとき, f(x)を求めよ. 与式の左辺をF(x), 右辺をG(x)とおくと, F(x)=G(x) ⇔ F'(x)=G'(x) かつ F(a)=G(a)となるような定数aが存在するー(※) F(0)=G(0)=0より, (※) ⇔ F'(x)=G'(x) h'(x)=f(x), g"(x)=f(x)とすると ∫[0~x]tf(x-t)dt=[-tf(x-t)][0~x]+∫[0~x]F(x-t)dt=-xF(0)-g(0)+g(x) より,与式の両辺をxで微分すると, f(x)=3x^2-6x+1+F(x)-F(0)=3x^2-6x+1+∫[0~x]f(t)dtー(1) 再びxで微分して, f'(x)=6x-6+f(x) f(x)=yとおくと, dy/dx=6x-6+y 6x+y=uとおくと, dy/dx=du/dx-6より, du/dx=u u≠0のとき,  du/u=dx ⇔∫du/u=∫dx ⇔log|u|=x+c (c:積分定数) ⇔u=±e^(x+c) ⇔y=±e^(x+c)-6x (1)にx=0を代入して,f(0)=1 ⇔ ±e^c=1 ⇔ c=0 ∴y=±e^x-6x また, u=0のとき, y=-6xより,(1)に代入すると, -6x=3x^2-6x+1-3x^2 ⇔ 0=1となり, いかなるxについてもこれは成り立たず不適. ∴f(x)=±e^x-6x 添削お願いします.

  • 微分方程式の偏微分問題について

    微分方程式の偏微分問題について 大学で微分方程式の授業を履修しているのですが、指定された問題がまったくわかりません 問u0>0,p>1とする。次の1階単独ODEの初期値問題について、(u0の0は小文字でユーゼロです) du/dt=u^p (t>0) u(0)=u0 u(t)が発散する時刻をTmaxとするとき、解u=u(t) (0<t<Tmax)を求めよ という問題です。 偏微分の計算の説明を少しされただけなので、このような文章問題はどうすればいいのかまったくわかりません。 一応この問題の前に 『1階単独ODEの初期値問題と局所解の一意存在定理』 2変数関数f(x,y)は点(x0,y0)の近くで偏微分できて、さらにその偏導関数fx(x,y),fy(x,y)は連続とする(これは短く「点(x0,y0)の近くで連続微分可能である」という)。そのとき、次の1階単独ODE y´=f(x,y), (y=y(x);unknown) について、y(x0)=y0をみたす解がx=x0の近くでただ1つ存在する という定理が書いてありましたが、説明されていないので自分で読むだけではまったく理解できませんでした。 明日までなので焦っています。 どなたか問題を解いて下さる方はいらっしゃいませんでしょうか?

  • 偏微分方程式の問題です。

    aを定数とするとき、次の偏微分方程式を解け。 du/dt+a・du/dt=0 ただし、初期条件を以下とする。 u(x,0)=bx^-x (b:定数) (ヒント) u(x,t)=g(x)h(t)と変数分離できることを仮定してよい。 解答・解説お願いします。 考え方の提示のみではなく、答えまでよろしくお願いいたします。

  • 微分方程式の解法を教えてください!

    常微分方程式の解法はどんなものがあり、どのような場合に適用すれば解けるでしょうか。 解法を覚えても、それが適用される場合についての判断ができません。教えてください! 以下の場合だとどのように解けばよいでしょうか。 (1)d^2x/dt^2+ω^2x=0の一般解の求め方。(ωは定数) (2)dx/dt=-c^2y、 dy/dt=c^2x の一般解の求め方。(cは定数) (3)dx/dt=u、    du/dt=-kx-cu+f(t) (k,cは定数)  のとき  (1)f(t)=0のとき、t=0でx=x0のもとでの解を求め   る。  (2)f(t)=cosωtのときの解。

  • 微分方程式について

    微分方程式について。 yやdy/dxの形ならば解けるのですが ちょっと変わった形になると解けずに困っております。 回答お願いします。 1 未知関数x(t),y(t)に関する微分方程式 x´(t)=y(t), y´(t)=-x(t)を 初期条件x(0)=a, y(0)=bの下で解け。 2 x=x(t)を変数tのC^∞級関数とする。 このとき、 d^2x/dt^2 +(dx/dt)^2 -4=0 を解け。 3 tの関数x(t)が次の微分方程式を満たすとする x´+x^2+a(t)x+b(t)=0 ただしx´=dx/dtである。 ・x(t)=u´(t)/u(t)のとき、関数u(t)の満たす微分方程式を求めよ。 ・微分方程式 x´=x(1-x)の一般解を求めよ。 長いですが回答お願いします

  • 2階線形微分方程式の問題なんですが…

    かなり初等的な問題だと思いますが、教科書を読んでもさっぱりなので質問させていただきます Q. 関数 y(x) において次の微分方程式を解け  y'' + y = 2*sin(x) 右辺を0とおいて y_t = C * cos(x) + D * sin(x) (C,D は任意の複素定数) が解の中に含まれる事は解ったのですが、この後どうすればいいのかがわかりません。 多分、CとDを何か適当な関数に置くのでしょうが、どんな関数にすればいいのかさっぱりです。 ためしに C=u(x), D=v(x) とおいて強引にやってみたところ y_s = -( (x+E)*cos(x) )/2 ( y = y_t + y_s , Eは任意の定数) と出たのですが、yは周期関数になるはずなので(コンピューターに微分方程式のままでシミュレートさせました)多分違うと思うんです。 どうかご教授願います。

  • 偏微分方程式の問題です。準線形方程式 u・(∂u/

    偏微分方程式の問題です。準線形方程式 u・(∂u/∂x) + (∂u/∂y) = 1 の解で、初期曲線がx0(s)=s、y0(s)=2s、u0(s)=-s (0≦s≦1)で与えられるものを求めよ。 自分で解いてみたら途中までこんな感じになりました。 >>dx/dt = u、dy/dt = 1、du/dt = 1を解くと x=ut+s、y=t+2s、u=t-s おそらくこの連立方程式を解くのかと思うのですがうまく行きません。どうすれば良いのでしょうか。回答お願いいたします!

  • 微分方程式論について

    微分方程式論について (1) 関数族{f_n|n=2,3,...} f_n:[0,1]→R f_n=(n^2)x (0≦x≦1/n) f_n=-(n^2)x+2n (1/n≦x≦2/n) f_n=0 (2/n≦x≦1) このとき、{f_n}はいかなる関数にも一様収束しないことをε論法で示せ (2) f:R×R≧0→R f(x,y)=√yと初期値問題 dy/dx=f(x,y) y(0)=0・・・(*)について (1)f(x,y)はyに関して局所リプシッツ連続ではないことをε論法で示せ (2)定数c≧0に対して、関数 y_c:R→R≧0 y_c(x)=0 (x≦c) y_c(x)=1/4(x-c)^2 (x>c) は(*)の解であることを示せ (3) Gronwallの不等式{f,g,uは区間I上の連続関数でg(x)≧0とする} u(x)≦f(x)+∫_(x_0→x)g(t)u(t)dt (x>x_0) ⇒ u(x)≦f(x)+∫_(x_0→x)g(t)u(t)exp{∫_(t→x)g(s)ds}dt (x>x_0) を示せ。また、f(x)が非減少関数 ⇒ u(x)≦f(x)exp{∫_(x_0→x)g(t)dt} (x>x_0) を示せ (4) 初期値問題 dy/dx=y y(0)=a についてPicardの逐次近似法により、解を具体的に構成せよ ただし、y(x)の定義域については考えなくてよい これらの解法を教えてください! わからなくて困っています…

このQ&Aのポイント
  • なっとく名刺の印刷が上手くいかない理由や解決方法について説明します。
  • なっとく名刺の印刷において、特定の用紙では上部2段しか印刷されない問題が発生することがあります。
  • この問題は操作方法によるものではなく、用紙のセット方法や印刷設定の調整によって解決することができます。
回答を見る