Інтегральні зображення розв’язків стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ

Методом інтегральних перетворень побудовано точні аналітичні розв’язки стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ....

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2008
Автори: Громик, А.П., Конет, І.М.
Формат: Стаття
Мова:Ukrainian
Опубліковано: Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України 2008
Назва видання:Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Фізико-математичні науки
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18568
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Інтегральні зображення розв’язків стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ / А.П. Громик, І.М. Конет // Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Фізико-математичні науки: зб. наук. пр. — Кам’янець-Подільський: Кам'янець-Подільськ. нац. ун-т, 2008. — Вип. 1. — С. 71-88. — Бібліогр.: 17 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-18568
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-185682025-02-09T21:20:37Z Інтегральні зображення розв’язків стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ Громик, А.П. Конет, І.М. Методом інтегральних перетворень побудовано точні аналітичні розв’язки стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ. he method of integral transformations builds the exact analytical solution of stationary task of heat conductivity for the limited multi-layer space areas. 2008 Article Інтегральні зображення розв’язків стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ / А.П. Громик, І.М. Конет // Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Фізико-математичні науки: зб. наук. пр. — Кам’янець-Подільський: Кам'янець-Подільськ. нац. ун-т, 2008. — Вип. 1. — С. 71-88. — Бібліогр.: 17 назв. — укр. XXXX-0059 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18568 539.3 uk Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Фізико-математичні науки application/pdf Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Ukrainian
description Методом інтегральних перетворень побудовано точні аналітичні розв’язки стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ.
format Article
author Громик, А.П.
Конет, І.М.
spellingShingle Громик, А.П.
Конет, І.М.
Інтегральні зображення розв’язків стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ
Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Фізико-математичні науки
author_facet Громик, А.П.
Конет, І.М.
author_sort Громик, А.П.
title Інтегральні зображення розв’язків стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ
title_short Інтегральні зображення розв’язків стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ
title_full Інтегральні зображення розв’язків стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ
title_fullStr Інтегральні зображення розв’язків стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ
title_full_unstemmed Інтегральні зображення розв’язків стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ
title_sort інтегральні зображення розв’язків стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ
publisher Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
publishDate 2008
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18568
citation_txt Інтегральні зображення розв’язків стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ / А.П. Громик, І.М. Конет // Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Фізико-математичні науки: зб. наук. пр. — Кам’янець-Подільський: Кам'янець-Подільськ. нац. ун-т, 2008. — Вип. 1. — С. 71-88. — Бібліогр.: 17 назв. — укр.
series Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Фізико-математичні науки
work_keys_str_mv AT gromikap íntegralʹnízobražennârozvâzkívstacíonarnihzadačteploprovídnostídlâobmeženihkuskovoodnorídnihprostorovihseredoviŝ
AT konetím íntegralʹnízobražennârozvâzkívstacíonarnihzadačteploprovídnostídlâobmeženihkuskovoodnorídnihprostorovihseredoviŝ
first_indexed 2025-11-30T22:49:14Z
last_indexed 2025-11-30T22:49:14Z
_version_ 1850257393404870656
fulltext Серія: Фізико-математичні науки. Випуск 1 71 компактнозначного відображення множинами однозначних відображень // Доп. НАН України. – 2005. – №6. – С.19-23. 12. Гудима У. В., Гнатюк Ю. В., Гнатюк В. О. Про єдиність екстремального елемента та чебишовський альтернанс для задачі найкращої рівномірної апроксимації неперервного компактнозначного відображення // Пробле- ми теорії наближення функцій та суміжні питання: Зб. наук. праць Ін-ту математики НАН України. – Київ, 2005. – Т.2. – №2. – С.106-116. In article we established the necessary and sufficient conditions and criteria of the element of the best uniform rational approximation of con- tinuous compact-valued map. Key words: the best uniform rational approximation, the compact-va- lued maps, the criteria of extreme element. Отримано: 05.06.2008 УДК 539.3 А. П. Громик1, І. М. Конет2 1Подільський державний аграрно-технічний університет, м. Кам’янець-Подільський 2Кам’янець-Подільський національний університет ІНТЕГРАЛЬНІ ЗОБРАЖЕННЯ РОЗВ’ЯЗКІВ СТАЦІОНАРНИХ ЗАДАЧ ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ ДЛЯ ОБМЕЖЕНИХ КУСКОВО- ОДНОРІДНИХ ПРОСТОРОВИХ СЕРЕДОВИЩ Методом інтегральних перетворень побудовано точні ана- літичні розв’язки стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ. Ключові слова: диференціальне рівняння Пуассона, інте- гральні перетворення, фундаментальні розв’язки. Вступ. Стаціонарні крайові задачі феноменологічної теорії теп- лопровідності для багатошарових (кусково-однорідних) середовищ становлять значний теоретичний та практичний інтерес [5, 7, 14, 15]. Питанням побудови методом інтегральних перетворень точних аналі- тичних розв’язків згаданих задач у декартовій, сферичній та цилінд- ричній системах координат присвячені монографії [12, 8, 9, 10]. Ста- ціонарні температурні поля в необмежених двоскладових та триша- рових просторових середовищах побудовано в працях [2, 3, 4, 11]. У цій статті ми пропонуємо інтегральні зображення точних аналітичних розв’язків алгоритмічного характеру стаціонарних задач теплопрові- дності для обмежених кусково-однорідних за декартовою координа- тою просторових середовищ. © А. П. Громик, І. М. Конет, 2008 Математичне та комп’ютерне моделювання 72 Постановка задачі. Задача про структуру стаціонарного темпе- ратурного поля в ортотропному обмеженому (n + 1)-шаровому прос- торовому середовищі математично зводиться до побудови обмежено- го на множині { }∪∪ 1 1 1101 1 1 23 ;;0);;( ;;;),(),,( + = ++− + = + ∞<≡<≥≡=∈ ×=Ω∈=Ω n j nkkjj n j jn lllllllIKz dcbayxzyx розв’язку сепаратної системи диференціальних рівнянь Пуассона [6, 17] 1,1;);,,(2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 +=∈−=−         ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ njIzzyxfTT z a y a x a jjjjjzjyjxj χ (1) з крайовими умовами ),(),,( 1 1 22 1 2201 0 11 0 11 0 yxgT z yxgT z l lz n nn lz =      + ∂ ∂ =      + ∂ ∂ = + ++ = βαβα , (2) умовами неідеального теплового контакту [1]        ==      ∂ ∂ − ∂ ∂ =      −      + ∂ ∂ = + + = + ,,1,0 ,01 1 1 1 nk z T z T TT z R k k lz k k k k lz kkk νν (3) та відповідними крайовими умовами на межі області 2Ω , де axj, ayj, azj ≥ 0 – коефіцієнти температуропровідності у напрямках координат- них осей ( );1,1,, += njzyx 02 ≥jχ – коефіцієнти дисипації теплової енергії; { }),,(),...,,,(),,( 11 zyxfzyxfzyxf n+= – інтенсивність теплових джерел; 1 22 1 22 0 11 0 11 ,;, ++ nn βαβα – деякі дійсні сталі; ( ),,0 yxg ( )yxgl , – задані обмежені неперервні функції в області ;2Ω 0≥kR – коефіціє- нти термоопору; 0, 1 ≥+kk νν – коефіцієнти теплопровідності; ( ) ( ) ( ){ }zyxTzyxTzyxT n ,,,...,,,,, 11 += – шукана температура. Основні результати. 1. Ω2 = (0; +∞) × (0; +∞). У цьому випадку вважаємо, що на межі області 2Ω виконуються крайові умови 1,0;0);,( 0 == ∂ ∂ =      + ∂ ∂ − +∞= = k x T zyTp x x k j k jxj ω (4) щодо змінної x та крайові умови Серія: Фізико-математичні науки. Випуск 1 73 1,0;0);,( 0 == ∂ ∂ =      + ∂ ∂ − +∞= = k y T zxgTh y y k j k jyj (5) щодо змінної y , де 0≥p – коефіцієнт теплообміну через поверхню ;0=x =);( zyjω ),,( zypT c j ),( zyT c j – температура середовища на поверхні ;0=x 0≥h – коефіцієнт теплообміну через поверхню ;0=y =);( zxg j ),(),,( zxTzxhT c j c j – температура середовища на по- верхні .0=y Припустимо, що задані й шукані функції задовольняють умови застосовності залучених нижче інтегральних перетворень [16, 13, 12]. До задачі (1)-(5) застосуємо інтегральне перетворення Фур’є на декартовій півосі щодо змінної x [16, 13]: [ ] ),(~),()()( 0 σσ gdxxKxgxgF xx ≡= ∫ +∞ + (6) [ ] ),(),()(~)(~ 0 1 xgdxKggF xx ≡= ∫ +∞ − + σσσσ (7) ,),0()(~ 0 2 2 2 = +       +−+−=         x xx pg dx dgKg dx gdF σσσ (8) де ядро перетворення .)sin()cos(2),( 22 p xpxxK x + + = σ σσσ π σ Інтегральний оператор xF+ за правилом (6) внаслідок тотожнос- ті (8) крайовій задачі (1)-(5) ставить у відповідність задачу побудови обмеженого на множині { }+∈+∞∈=Ω′ nKzyzy );;0(),(3 розв’язку се- паратної системи диференціальних рівнянь ( ) ( ) 1,1;;,,~ ~~ 222 2 2 2 2 2 2 +=∈−= =+−         ∂ ∂ + ∂ ∂ njIzzyF TaT z a y a jj jjxjjzjyj σ χσ (9) з крайовими умовами ),,(~),,(~ 1 1 22 1 2201 0 11 0 11 0 ygT z ygT z l lz n nn lz σβασβα =      + ∂ ∂ =      + ∂ ∂ = + ++ = (10) Математичне та комп’ютерне моделювання 74 1,0;0 ~ );,(~~ 0 == ∂ ∂ =      + ∂ ∂ − +∞= = k y T zgTh y y k j k jyj σ (11) та умовами спряження         ==        ∂ ∂ − ∂ ∂ =      −      + ∂ ∂ = + + = + ,,1,0 ~~ ,0~~1 1 1 1 nk z T z T TT z R k k lz k k k k lz kkk νν (12) де ( ) ( ) .1,1);,(),0(,, ~ ,,~ 2 +=+= njzyKazyfzyF jxyjjj ωσσσ До задачі (9)-(12) застосуємо інтегральне перетворення Фур’є на декартовій півосі щодо змінної y [16, 13]: [ ] ),(~),()()( 0 sgdysyKygygF yy ≡= ∫ +∞ + (13) [ ] ),(),()(~)(~ 0 1 ygdssyKsgsgF yy ≡= ∫ +∞ − + (14) ,),0()(~ 0 2 2 2 = +       ++−=         y yy hg dy dgsKsgs dy gdF (15) де ядро перетворення .)sin()cos(2),( 22 hs syhsyssyK y + + = π Інтегральний оператор yF+ за правилом (13) внаслідок тотожнос- ті (15) крайовій задачі (9)-(12) ставить у відповідність задачу побудови обмеженого на множині + nK розв’язку сепаратної системи звичайних диференціальних рівнянь 2-го порядку зі сталими коефіцієнтами ( ) ( ) 1,1;;,, ~~ ),,( ~~22222 2 2 2 +=∈−= =         ++− njIzzsG zsTsaa dz da jj jjyjxjzj σ σχσ (16) з крайовими умовами ),,( ~~~~),,( ~~~~ 1 1 22 1 2201 0 11 0 11 0 sgT dz dsgT dz d l lz n nn lz σβασβα =      +=      + = + ++ = (17) Серія: Фізико-математичні науки. Випуск 1 75 та умовами спряження         ==        − =      −      + = + + = + ,,1,0 ~~ ,0 ~~~~1 1 1 1 nk dz Td dz Td TT dz dR k k lz k k k k lz kkk νν (18) де ( ) ( ) .1,1);,(~),0(,,~,, ~~ 2 +=+= njzgsKazsFzsG jyyjjj σσσ До задачі (16)-(18) застосуємо інтегральне перетворення Фур’є на декартовому сегменті ],[ 0 ll з n точками спряження [12]: ∫ ≡= l l jjjn gdzzzVzgzgF 0 ,)(),()()]([ σλ (19) ),( ),( ),( ][ 1 2 1 zg zV zV ggF j j j jjjn ≡= ∑ ∞ = − λ λ (20) ∑ ∫∑ + = + = − − −−=≡         −− 1 1 2 2 2 2 2 21 1 1 2 1 ),()()( n i l l jjiiiii n i iijn i i gdzzV dz gda dz gdzllzaF λσλθθ ++−− = − + = ∫∑ − 0 1 ))(,()(),()( 0 11 0 1101 10 11 2 11 1 1 2 lziiii l l n i i g dz dglVadzzVzgk i i βαλασσλ .))(,()( 1 22 1 221 11 22 2 11 lz nn i n nn g dz dglVna = ++−+ ++ +++ βαλασ (21) У рівностях (19)-(21) беруть участь величини і функції: );()()();()(),(),( 1 1 1 1 1 1 zllzzzllzzVzV ii n i iii n i jij −−=−−= − + = − + = ∑∑ θθσσθθλλ ;),()(),(),( 1 1 222 10 dzzVdzzzVzV i n i l l ji l l jj i i σλσλλ ∑ ∫∫ + = − == ( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ]∏ = −−+ −= n mi mjjmmjjmnijm zqzqqczV sincos, 1,12,112 λωλωλ ; ;,1 nm = ( ) ( ) ( ) ( ) ( )zqzqzV jnjnjnjnjn ,11,121 sincos, +++ −= λωλωλ ; ;;1 1 21 k k kk cc ν ν +== Математичне та комп’ютерне моделювання 76 ( ) ;1;;; 1 12 1 1 2 1 112/1221 + + + + = + +−− ===≡+= ∏ n n nn nn n n ki ki ni kssjssj aa a a absjakaq σ ν ν σ ν ν σλ ( ) ( ) ( )ksjksjsjkksj k lqlqqRlq cossin1 11 +−=ν ; ( ) ( );sin11 12 ksjsj k k ksj k lqqlq ν ν ν +−= ( ) ( ) ( ) ( );cos;sin 11 22 1 21 ksjsj k k ksj k ksjsjksj k lqqlqlqqlq ν ν νν +=−= ( ) ( ) ( ) ( ) ( );cos;sincos 2 12 2 11 ksjksj k ksjksjsjkksj k lqlqlqlqqRlq =+= νν ( ) ( ) ( ) ( );sin;cos 2 22 2 21 ksjksj k ksjsjksj k lqlqlqqlq == νν ( ) ( ) ( ) ( ) ( );,,,,, ,11221,122111 kjk km kkj ks kjk km kkj ks kkkkj k sm lqlqlqlqlqlq +++ −= ννννδ ( ) ( ) ( ) ( );; 01 02 110201 01 1101 lqlq jjjj νλωνλω −== ( ) ( ) ( ) ( ) ( );,, ,121,1,112,1 sjsssj s mjssjkssj s mjsjsm lqlqlqlq +−+− −= δλωδλωλω jλ – корені трансцендентного рівняння ( )( ) ( )( ) ,0)()()( 21 1,1 2211 2,1 22 =−≡∆ + + + + λλλλλ nn n nn n n wlqvwlqv що утворюють дискретний спектр, )(xθ – одинична функція Геві- сайда. Запишемо систему диференціальних рівнянь (16) у матричній формі , ),,( ~~ .............. ),,( ~~ ),,( ~~ ),,( ~~),( ........................................... ),,( ~~),( ),,( ~~),( 2 1 1 2 12 2 2 1 2 2 22 2 2 2 1 2 12 2 2 1               =                               −         −         − +++ zsG zsG zsG zsTsq dz da zsTsq dz da zsTsq dz da n nnn σ σ σ σσ σσ σσ (22) де ( ) .1,1;;, 22222222 +=≡++= njaasaasq zjjjyjxjj χσσ Інтегральний оператор jnF , який діє за правилом (19), зобрази- мо у вигляді операторної матриці-рядка         = ++∫∫∫ dzzVdzzVdzzVF n l l jn l l j l l jjn n 112211 ),(...),(...),(...[...] 2 1 1 0 σλσλσλ (23) Серія: Фізико-математичні науки. Випуск 1 77 і застосуємо за правилом множення матриць до системи (22). Внаслі- док тотожності (21) одержуємо алгебраїчне рівняння ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ),,( ~~,),( ~~, ),( ~~ ),( ~~),( 1 11 22 2 11001 10 11 2 11 1 1 1 1 222 sglVasglVa sGsTsqk ljn n nnj n i n i ijijiij σλασσλασ σσσλ + −+ ++ − + = + = +− −=++∑ ∑ (24) де .),(),,( ~~),( ~~;),(),,( ~~),( ~~ 11 dzzVzsGsGdzzVzsTsT iji l l iijiji l l iij i i i i σλσσσλσσ ∫∫ −− == Припустимо, не зменшуючи загальності, що { } ,,...,max 2 1 2 1 2 1 qqq n =+ і покладемо всюди ).1,1(22 1 2 +=−= niqqk ii Рівняння (24) набуває ви- гляду ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ),,( ~~,),( ~~, ),( ~~),( ~~ 1 11 22 2 11001 10 11 2 11 2 1 22 1 22 1 2 sglVasglVa sGsTsaa ljn n nnj jjyxj σλασσλασ σσχσλ + −+ ++ − +− −=+++ (25) де .),( ~~),( ~~,),( ~~),( ~~ 1 1 1 1 ∑∑ + = + = == n i ijj n i ijj sGsGsTsT σσσσ Із рівняння (25) знаходимо функцію ( ) ( ). ),( ~~),( ),( ~~),(),( ~~ ),( ~~ 2 1 22 1 22 1 21 22 1 2 11 2 1 22 1 22 1 20 11 001 2 11 2 1 22 1 22 1 2 χσλα σλσ χσλα σλσ χσλ σ σ +++ + + +++ − +++ = + +++ saa sglVa saa sglVa saa sG sT yxj n ljnnn yxj j yxj j j (26) Оскільки суперпозиція операторів jnF та 1− jnF є одиничним опе- ратором, то оператор 1− jnF зобразимо у вигляді операторної матриці- стовпця . ),( ),( ... ..................... ),( ),( ... [...] 1 2 1 1 2 1 1                   = ∑ ∑ ∞ = + ∞ = − j j jn j j j jn zV zV zV zV F λ λ λ λ (27) Математичне та комп’ютерне моделювання 78 За правилом множення матриць застосуємо операторну матри- цю-стовпець (27) до матриці-елемента ( )    sT j , ~~ σ , де функція ( )sT j , ~~ σ визначена формулою (26). Одержуємо єдиний обмежений розв’язок задачі (16)-(18): ( ) ( ) + +++ −         +++ = ∑ ∞ = 2 1 22 1 22 1 20 11 001 2 11 1 2 1 22 1 22 1 2 ),( ~~),(),( ~~ ,, ~~ χσλα σλσ χσλ σ σ saa sglVa saa sG zsT yxj j j yxj j i ( ) .1,1; ),( ),(),( ~~),( 22 1 22 1 22 1 21 22 1 2 11 +=         +++ + + +++ ni zV zV saa sglVa i ji yxj n ljnnn λ λ χσλα σλσ (28) Застосувавши послідовно до функцій ),,,( ~~ zsTi σ визначених фо- рмулами (28), обернені оператори 1− + yF та 1− +xF одержуємо функції += ∑ + = 1 1 ),,(),,,,,(),,( n k kkiki dddfzyxEzyxT ζηξσζηξζηξ ∫ ∫∫ ∫ +∞+∞+∞+∞ +++ 0 0 2 0 0 0 1 ),(),,,,(),(),,,,( ηξηξηξηξηξηξ ddgzyxWddgzyxW lii ++ ∑ ∫ ∫ + = +∞ − ζησηξωζη ddzyxWa kk n k l l xikxi k k ),(),,,,( 1 1 0 2 1 ,1,1;),(),,,,( 1 1 0 2 1 +=+ ∑ ∫ ∫ + = +∞ − niddgzyxWa kk n k l l yikyi k k ζξσζξζξ (29) які описують структуру стаціонарного температурного поля в роз- глянутому середовищі. У формулах (29) беруть участь компоненти: фундаментальної матриці розв’язків ,1,1,; ),(),(),(),( ),( ),(),(),,,,,( 2 1 22 1 22 1 2 1 0 0 2 += +++ × ×= ∑ ∫ ∫ ∞ = +∞+∞ nkidsd saa sKsyKKxK zV VzVzyxE yxj yyxx j j ikii ik σ χσλ ησξσ λ λζλζηξ (30) нижньої аплікатної матриці Гріна ),,,,,,()(),,,,( 01 10 111 2 1 1 lzyxEazyxW ii ηξασηξ −−= (31) верхньої аплікатної матриці Гріна Серія: Фізико-математичні науки. Випуск 1 79 ),,,,,,()(),,,,( 1, 11 22 2 11 2 lzyxEazyxW ni n nni ηξασηξ + −+ ++= (32) абсцисної матриці Гріна ),,,,,0,(),,,,( ζηζη zyxEzyxW ikxik = (33) ординатної матриці Гріна ),,0,,,(),,,,( ζξζξ zyxEzyxW ikyik = (34) еліптичної крайової задачі (1)-(5). Зауваження 1. У випадку 02222 ≥≡== jzjyjxj aaaa формули (29) визначають структуру стаціонарного температурного поля в ізотроп- ному обмеженому )1( +n -шаровому просторовому середовищі. Зауваження 2. Якщо деякі з коефіцієнтів термоопору kR дорів- нюють нулю, то безпосередньо з формул (29) одержуємо структуру стаціонарного температурного поля у випадку здійснення на відпові- дних площинах klz = ідеального теплового контакту. Зауваження 3. При ),1(0 nkRk == безпосередньо з формул (29) одержуємо структуру стаціонарного температурного поля у випадках здійснення на всіх площинах klz = ідеального теплового контакту. Зауваження 4. Параметри 1 22 1 22 0 11 0 11 ,;, ++ nn βαβα дають можливість виділяти із формул (29) розв’язки крайових задач у випадках задання на поверхнях lzlz == ,0 крайової умови 1-го роду ( ,1,0 0 11 0 11 == βα ( ) ( ) ( ) ( )),,,,1,0;,, 1 22 1 22 1 220 0 110 yxgyxgyxgyxg l n l nn ′===′= +++ αβαα 2-го роду ( )0,1,1,1 1 22 1 22 0 11 0 11 ===−= ++ nn βαβα й 3-го роду ( ,10 11 −=α )0,1,0 2 1 22 1 221 0 11 >≡=>≡ ++ hh nn βαβ та їх можливих комбінацій. Зауваження 5. Параметри p, h дають можливість виділяти із фо- рмул (29) розв’язки крайових задач у випадках задання на поверхнях x = 0, y = 0 крайових умов 1-го й 2-го роду та їх можливих комбінацій. Зауваження 6. Аналіз розв’язку (29) в залежності від аналітич- ного виразу функцій ),1,1)(,(),,(),,,( += njzxgzyzyxf jjj ω ),(0 yxg та ),( yxgl проводиться безпосередньо. 2. Ω2 = (0; +∞) × (0; b). У цьому випадку вважаємо, що на межі області Ω2 виконуються крайові умови (4) щодо змінної x та крайові умови 1,1);,();,( 22101 +==      + ∂ ∂ =      + ∂ ∂ − == njzxgTh y zxgTh y jbyjjyj (35) Математичне та комп’ютерне моделювання 80 щодо змінної y , де 01 ≥h – коефіцієнт теплообміну через поверхню ;0=y ),(),,();( 11 11 zxTzxThzxg c j c jj = – температура середовища на поверхні ;0=y 02 ≥h – коефіцієнт теплообміну через поверхню ;by = ),(),,();( 22 22 zxTzxThzxg c j c jj = – температура середовища на поверхні by = . Припустимо, що задані й шукані функції задовольняють умови застосовності залучених нижче інтегральних перетворень [16, 13, 12]. До задачі (1)-(4), (35) застосуємо інтегральне перетворення Фу- р’є на декартовій півосі щодо змінної x. Інтегральний оператор xF+ за правилом (6) внаслідок тотожності (8) крайовій задачі (1)-(4), (35) ставить у відповідність задачу побудови обмеженого на множині { }nKzbyzy ∈∈=Ω′ );;0(),(3 розв’язку сепаратної системи диферен- ціальних рівнянь (9) з крайовими умовами (10), крайовими умовами 1,1),,(~~ ),,(~~ 212 1 0 1 +==      + ∂ ∂ =      + ∂ ∂ − = + = njzgTh y zgTh y j by n j y j σ σ (36) та умовами спряження (12). До задачі (9), (10), (36), (12) застосуємо інтегральне перетворен- ня Фур’є на декартовому сегменті [ ]b;0 щодо змінної y [16, 13]: [ ] ,)()()( 0 k b kyk gdyyvygyg ≡=Λ ∫ (37) [ ] ),()( 1 2 1 yg v yvgg k k k kkyk ≡=Λ ∑ ∞ = − (38) ,)()0( 2 0 1 2 2 2 by k y kkkyk gh dy dgbvgh dy dgvg dy gd ==       ++      +−+−=         Λ γ (39) де ядро перетворення , )sin()cos( )( 2 1 2 1 h yhy yv k kkk k + + = γ γγγ ( )( ) ( )( )2 2 22 1 2 21 2 21 0 22 2 )( hh hhhhbdyyvv kk k b kk ++ ++ +=≡ ∫ γγ γ , Серія: Фізико-математичні науки. Випуск 1 81 { }∞ =1kkγ – монотонно зростаюча послідовність дійсних різних додат- них коренів трансцендентного рівняння ( ) ,)( 21 21 2 hh hhbctg + − = γ γγ які утворюють дискретний спектр. Інтегральний оператор ykΛ за правилом (37) внаслідок тотож- ності (39) крайовій задачі (9), (10), (36), (12) ставить у відповідність задачу побудови обмеженого на множині + nK розв’язку сепаратної системи звичайних диференціальних рівнянь 2-го порядку зі сталими коефіцієнтами ( ) 1,1;);,(~ ),(~22222 2 2 2 +=∈−= =         ++− njIzzF zTaa dz da jjk jkjkyjxjzj σ σχγσ (40) з крайовими умовами )(~),(~ ,1 1 22 1 2201 0 11 0 11 0 σβασβα lk lz kn nn k lz k gT z gT z =      + ∂ ∂ =      + ∂ ∂ = + ++ = (41) та умовами спряження          ==         − =      −      + = + + = + ,,1,0 ~~ ,0 ~~ 1 ,1 1 ,1 np dz Td dz Td TT dz dR p p lz kp p pk p lz kppkp νν (42) де ++= )(),0(),( ~ ),(~ 2 zKazfzF jkxxjjkjk ωσσσ ).,(~)(),(~)0( 2 2 1 2 zgbvazgva jxyjjxyj σσ ++ З точністю до позначень крайова задача на спряження (40)-(42) співпадає із задачею (16)-(18). Отже, відповідно до формул (28), єди- ний обмежений розв'язок задачі (40)-(42) визначають функції ( ) ( ) + +++ −         +++ = ∑ ∞ = 2 1 22 1 22 1 20 11 001 2 11 1 2 1 22 1 22 1 2 )(~),()(~ ,~ χγσλα σλσ χγσλ σ σ kyxj kj j kyxj kj ik aa glVa aa F zT ( ) .1,1; ),( ),()(~),( 22 1 22 1 22 1 21 22 1 2 11 +=         +++ + + +++ ni zV zV aa glVa j ji kyxj n lkjnnn λ λ χγσλα σλσ (43) Математичне та комп’ютерне моделювання 82 Застосувавши послідовно до функцій ),(~ zTik σ , визначених фо- рмулами (43), обернені оператори 1−Λ yk та 1− +xF одержуємо функції ∑ ∫∫ ∫ + = +∞ − += 1 1 0 0 1 ),,(),,,,,(),,( n k b l l kkiki k k dddfzyxEzyxT ζηξσζηξζηξ [ ]∫ ∫ +∞ +++ 0 0 2 0 1 ),(),,,,(),(),,,,( b lii ddgzyxWgzyxW ηξηξηξηξηξ ++ ∑∫ ∫ + = − ζησζηωζη ddzyxWa kk n k b l l xikxi k k ),(),,,,( 1 1 0 2 1 ++ ∑ ∫ ∫ + = +∞ − ζξσζξζξ ddgzyxWa kk n k l l yikyi k k ),(),,,,( 1 1 1 0 12 1 ,1,1;),(),,,,( 2 1 1 0 22 1 +=+ ∑ ∫ ∫ + = +∞ − niddgzyxWa kk n k l l yikyi k k ζξσζξζξ (44) які описують структуру стаціонарного температурного поля в роз- глянутому середовищі. У формулах (44) беруть участь компоненти: фундаментальної матриці розв’язків ( ) ,1,1,;)()(),(),( ),( ),(),( ),,,,,( 22 1 22 1 22 1 2 1 1 0 2 += +++ × ×= ∑∑ ∫ ∞ = ∞ = +∞ nkid vaa vyvKxK zV VzV zyxE rryxj rrxx j r i jkii ik σ χγσλ ησξσ λ λζλ ζηξ (45) нижньої аплікатної матриці Гріна ( ) ),,,,,,(),,,,( 01 10 111 2 1 1 lzyxEazyxW ii ηξασηξ − −= (46) верхньої аплікатної матриці Гріна ( ) ),,,,,,(),,,,( 1, 11 22 2 11 2 lzyxEazyxW ni n nni ηξασηξ + −+ ++= (47) абсцисної матриці Гріна ),,,,0,(),,,,( ζηζη zyxEzyxW ikxik = , (48) лівої ординатної матриці Гріна ),,,0,,,(),,,,(1 ζξζξ zyxEzyxW ikyik = (49) правої ординатної матриці Гріна Серія: Фізико-математичні науки. Випуск 1 83 ),,,,,(),,,,(2 ζξζξ zbyxEzyxW ikyik = (50) еліптичної крайової задачі (1)-(4), (35). Зазначимо, що: 1) зауваження 1-4 поширюються на випадок роз- глянутої температурної задачі; 2) параметри )2,1(, =jhp j дають мо- жливість виділяти із формул (44) розв’язки крайових задач у випад- ках задання на поверхнях byyx === ,0,0 крайових умов 1-го роду й 2-го роду та їх можливих комбінацій; 3) аналіз розв’язку (44) в за- лежності від аналітичного виразу функцій ),,,( zyxf j ),,( zyjω ),,(1 zxg j ),(2 zxg j ),(),1,1( 0 yxgnj += та ),( yxgl проводиться без- посередньо. 3. Ω2 = (0; a) × (0; b). У цьому випадку вважаємо, що на межі області 2Ω виконуються крайові умови 1,1);,();,( 22101 +==      + ∂ ∂ =      + ∂ ∂ − == njzyTp x zyTp x jaxjjxj ωω (51) щодо змінної x та крайові умови (35) щодо змінної y, де 01 ≥p – ко- ефіцієнт теплообміну через поверхню ;0=x ),,();( 1 11 zyTpzy c jj =ω ),(1 zyT c j – температура середовища на поверхні ;0=x 02 ≥p – кое- фіцієнт теплообміну через поверхню ;ax = ),,();( 2 22 zyTpzy c jj =ω ),(2 zyT c j – температура середовища на поверхні ax = . Припустимо, що задані й шукані функції задовольняють умови застосовності залучених нижче інтегральних перетворень [16, 13, 12]. До задачі (1)-(3), (51), (35) застосуємо інтегральне перетворення Фур’є на декартовому сегменті [0; a] щодо змінної x [16, 13]: [ ] ,)()()( 0 m a mxm gdxxwxgxgL ≡= ∫ (52) [ ] ),()( 1 2 1 xg w xwggL m m m mmxm ≡= ∑ ∞ = − (53) ( ) ( ) ,0 2 0 1 2 2 2 ax m x mmmxm gp dx dgawgp dx dgwg dx gdL ==       ++      +−+−=         δ (54) де ядро перетворення , )sin()cos( )( 2 1 2 1 p xpx xw m mmm m + + = δ δδδ Математичне та комп’ютерне моделювання 84 ( )( ) ( )( ) , 2 )( 2 2 22 1 2 21 2 21 0 22 pp ppppadxxww mm m a mm ++ ++ +=≡ ∫ δδ δ { }∞ =1mmδ – монотонно зростаюча послідовність дійсних різних додат- них коренів трансцендентного рівняння , )( )( 21 21 2 pp ppactg + − = δ δδ які утворюють дискретний спектр. Інтегральний оператор xmL за правилом (52) внаслідок тотожно- сті (54) крайовій задачі (1)-(3), (51), (35) ставить у відповідність зада- чу побудови обмеженого на множині { }+∈∈=Ω′ nKzbyzy );;0(),(3 розв’язку сепаратної системи диференціальних рівнянь 1,1;);,()( 222 2 2 2 2 2 2 +=∈−=+−         ∂ ∂ + ∂ ∂ njIzzyFaT z a y a jjmjmxjjmzjyj χδ (55) з крайовими умовами )(),( ,1 1 22 1 2201 0 11 0 11 0 ygT z ygT z lm lz mn nn m lz m =      + ∂ ∂ =      + ∂ ∂ = + ++ = βαβα (56) 1,1);();( 22101 +==      + ∂ ∂ =      + ∂ ∂ − == njzgTh y zgTh y jmbyjmjmyjm (57) та умовами спряження         ==      − =      −      + = + + = + ,,1,0 ,01 ,1 1 ,1 np dz dT dz dT TT dz dR p p lz mp p pm p lz mppmp νν (58) де ++= ),()0(),(),( 1 2 zywazyfzyF jmxjjmjm ω .1,1);,()( 2 2 +=+ njzyawa jmxj ω До задачі (55)-(58) застосуємо інтегральне перетворення Фур’є на декартовому сегменті [ ]b;0 щодо змінної y. Інтегральний оператор ykΛ за правилом (37) внаслідок тотожності (39) крайовій задачі (55)- (58) ставить у відповідність задачу побудови обмеженого на множині + nK розв’язку сепаратної системи звичайних диференціальних рів- нянь 2-го порядку зі сталими коефіцієнтами Серія: Фізико-математичні науки. Випуск 1 85 ( ) 1,1;);()(22222 2 2 2 +=∈−=         ++− njIzzFzTaa dz da jjmkjmkjkyjmxjzj χγδ (59) з крайовими умовами lmk lz mkn nn mk lz mk gT dz dgT dz d =      +=      + = + ++ = ,1 1 22 1 2201 0 11 0 11 , 0 βαβα (60) та умовами спряження         ==      − =      −      + = + + = + ,,1,0 ,01 ,1 1 ,1 np dz dT dz dT TT dz dR p p lz mkp p pmk p lz mkppmkp νν (61) де +++= )()()()0()()( 2 2 1 2 zawazwazfzF jkmxjjkmxjjmkjmk ωω ).()()()0( 2 2 1 2 zgbvazgva jmkyjjmkyj ++ З точністю до позначень крайова задача на спряження (59)-(61) співпадає із задачею (40)-(42). Отже, відповідно до формул (43), єди- ний обмежений розв'язок задачі (59)-(61) визначають функції ( ) + +++ −         +++ = ∑ ∞ = 2 1 22 1 22 1 20 11 001 2 11 1 2 1 22 1 22 1 2 ),( )( χγδλα λσ χγδλ kymxj mkj j kymxj mkj imk aa glVa aa F zT ( ) .1,1; ),( ),(),( 22 1 22 1 22 1 21 22 1 2 11 +=         +++ + + +++ ni zV zV aa glVa j ji kymxj n lmkjnnn λ λ χγδλα λσ (62) Застосувавши послідовно до функцій )(zTimk , визначених фор- мулами (62), обернені оператори 1−Λ yk та 1− xmL одержуємо функції ∑∫∫ ∫ + = − += 1 1 0 0 1 ),,(),,,,,(),,( n k a b l l kkiki k k dddfzyxEzyxT ζηξσζηξζηξ [ ]∫ ∫ +++ a b lii ddgzyxWgzyxW 0 0 2 0 1 ),(),,,,(),(),,,,( ηξηξηξηξηξ ++ ∑∫ ∫ + = − ζησζηωζη ddzyxWa kk n k b l l xikxi k k ),(),,,,( 1 1 1 0 2 1 Математичне та комп’ютерне моделювання 86 ++ ∑∫ ∫ + = − ζησζηωζη ddzyxWa kk n k b l l xikxi k k ),(),,,,( 2 1 1 0 2 1 ++ ∑ ∫ ∫ + = +∞ − ζξσζξζξ ddgzyxWa kk n k l l yikyi k k ),(),,,,( 1 1 1 0 12 1 ,1,1;),(),,,,( 2 1 1 0 22 1 +=+ ∑ ∫ ∫ + = +∞ − niddgzyxWa kk n k l l yikyi k k ζξσζξζξ (63) які описують структуру стаціонарного температурного поля в роз- глянутому середовищі. У формулах (63) беруть участь компоненти: фундаментальної матриці розв’язків ( ) ,1,1,; )()()()( ),( ),(),( ),,,,,( 222 1 22 1 22 1 2 1 1 1 2 += +++ × ×= ∑∑∑ ∞ = ∞ = ∞ = nki vwaa vyvwxw zV VzV zyxE prpyrxj pprr j r p j jkji ik χγδλ ηξ λ λζλ ζηξ (64) нижньої аплікатної матриці Гріна ( ) ),,,,,,(),,,,( 01 10 111 2 1 1 lzyxEazyxW ii ηξασηξ − −= (65) верхньої аплікатної матриці Гріна ( ) ),,,,,,(),,,,( 1, 11 22 2 11 2 lzyxEazyxW ni n nni ηξασηξ + −+ ++= (66) лівої абсцисної матриці Гріна ),,,,,0,(),,,,(1 ζηζη zyxEzyxW ikxik = (67) компоненти правої абсцисної матриці Гріна ),,,,,,(),,,,(2 ζηζη zyaxEzyxW ikxik = (68) лівої ординатної матриці Гріна ),,,0,,,(),,,,(1 ζξζξ zyxEzyxW ikyik = (69) правої ординатної матриці Гріна ),,,,,(),,,,(2 ζξζξ zbyxEzyxW ikyik = (70) еліптичної крайової задачі (1)-(3), (51), (35). Зазначимо, що: 1) зауваження 1-4 поширюються на випадок роз- глянутої температурної задачі; 2) параметри )2,1(, =jhp jj дають можливість виділяти із формул (63) розв’язки крайових задач у випа- дках задання на поверхнях x = 0, x = a; y = 0, y = b крайових умов 1-го Серія: Фізико-математичні науки. Випуск 1 87 роду й 2-го роду та їх можливих комбінацій; 3) аналіз розв’язку (63) в залежності від аналітичного виразу функцій ),,,( zyxf j ),,(1 zyjω ),,(2 zyjω ),,(1 zxg j ),(2 zxg j , ),(,1,1 0 yxgnj += та ),( yxgl прово- диться безпосередньо. Висновки. При найбільш загальних припущеннях в межах фе- номенологічної теорії теплопровідності побудовано інтегральні зо- браження точних аналітичних розв’язків стаціонарних задач в обме- жених багатошарових просторових середовищах. Одержані розв’язки носять алгоритмічний характер, неперервно залежать від параметрів та даних задачі й можуть бути використані як в теоретичних дослі- дженнях, так і в інженерних розрахунках. Список використаних джерел: 1. Боли Б., Уэйнер Дж. Теория температурных напряжений. – М.: Мир, 1964. – 517 с. 2. Громик А. П., Конет І. М. Стаціонарні задачі теплопровідності в необмеже- них двоскладових просторових областях // Крайові задачі для диференціа- льних рівнянь: Зб. наук. пр. – Чернівці: Прут, 2006. – Вип. 13. – С.52-65. 3. Громик А. П., Конет І. М. Крайові задачі теплопровідності в необмеже- них двоскладових просторових областях // Крайові задачі для диференці- альних рівнянь: Зб. наук. пр. – Чернівці: Прут, 2006. – Вип. 14. – С.36-50. 4. Громик А. П., Конет І. М. Крайові задачі теплопровідності в необмеже- них тришарових просторових областях // Наукові праці Кам’янець-Поді- льського державного університету. Збірник за підсумками звітної науко- вої конференції викладачів і аспірантів. Випуск 5. – В 3-х томах. – Кам’я- нець-Подільський: К-ПДУ, 2006. – Т. 1. – С.94-95. 5. Дейнека В. С., Сергиенко И. В., Скопецкий В. В. Модели и методы реше- ния задач с условиями сопряжения. – К.: Наук. думка, 1998. – 614 с. 6. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. – М.: Наука, 1964. – 448 с. 7. Коляно Ю. М. Методы теплопроводности и термоупругости неоднород- ного тела. – К.: Наук. думка, 1992. – 280 с. 8. Конет І. М. Стаціонарні та нестаціонарні температурні поля в ортотропних сферичних областях. – К.: Ін-т математики НАН України, 1998. – 209 с. 9. Конет І. М., Ленюк М. П. Стаціонарні та нестаціонарні температурні поля в циліндрично-кругових областях. – Чернівці: Прут, 2001. – 312 с. 10. Конет І. М., Ленюк М. П. Температурні поля в кусково-однорідних цилі- ндричних областях. – Чернівці: Прут, 2004. – 276 с. 11. Конет І. М., Ленюк М. П. Крайові задачі теплопровідності в необмежених тришарових просторових областях // Крайові задачі для диференціальних рівнянь: Зб. наук. пр., – Чернівці: Прут, 2006. – Вип. 14. – С.84-96. 12. Ленюк М. П. Температурні поля в плоских кусково-однорідних ортотро- пних областях. – К.: Ін-т математики НАН України, 1997. – 188 с. 13. Ленюк М. П. Интегральные преобразования с разделенными переменны- ми (Фурье, Ханкеля). – К., 1983. – 60 с. – (Препринт / АН УССР. Ин-т ма- тематики; 83.4). Математичне та комп’ютерне моделювання 88 14. Подстригач Я. С., Ломакин В. А., Коляно Ю. М. Термоупругость тел не- однородной структуры. – М.: Наука, 1984. – 368 с. 15. Сергиенко И. В., Скопецкий В. В., Дейнека В. С. Математическое моде- лирование и исследование процессов в неоднородных средах. – К.: Наук. думка, 1991. – 432 с. 16. Снеддон И. Преобразования Фурье. – М.: Из-во иностр. лит., 1956. – 668 с. 17. Тихонов А. Н., Самарский А. А. Уравнения математической физики. – М.: Наука, 1972. – 735 с. The method of integral transformations builds the exact analytical solu- tion of stationary task of heat conductivity for the limited multi-layer space areas. Key words: differential equalization Poisson, integral transforma- tions, fundamental solutions. Отримано: 05.06.2008 УДК 517.5 У. В. Гудима Кам’янець-Подільський національний університет АПРОКСИМАЦІЯ НЕПЕРЕРВНОГО КОМПАКТНОЗНАЧНОГО ВІДОБРАЖЕННЯ ЧЕБИШОВСЬКИМ ПІДПРОСТОРОМ З ДОДАТКОВИМ ОБМЕЖЕННЯМ У статті встановлено теореми характеризації, єдиності екс- тремального елемента, співвідношення двоїстості та привило чебишовського альтернансу для задачі найкращої рівномірної апроксимації компактнозначного відображення чебишовським підпростором з додатковим обмеженням. Ключові слова: компактнозначне відображення, чеби- шовський альтернанс, співвідношення двоїстості. Вступ. У даній статті для задачі найкращої рівномірної апрок- симації компактнозначного відображення чебишовським підпросто- ром з додатковим обмеженням доведено теорему єдиності, теорему характеризації екстремального елемента, встановлено співвідношен- ня двоїстості та правило чебишовського альтернансу. Отримані ре- зультати є узагальненням на випадок задачі відшукання величини (1) відповідних результатів дослідження задачі найкращої рівномірної апроксимації неперервної на компакті функції елементами скінчен- новимірного підпростору, які задовольняють додатковому обмежен- ню (див., наприклад, [1-6]). © У. В. Гудима, 2008