Determination of the Lowest Coefficient for a One-Dimensional Parabolic Equation in a Domain with Free Boundary

We establish conditions for the unique solvability of the inverse problem of finding the lower coefficient with two unknown time-dependent parameters in a one-dimensional parabolic equation with integral overdetermination conditions in a domain with free boundary.

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2013
Hauptverfasser: Snitko, H. A., Снітко, Г. А.
Format: Artikel
Sprache:Ukrainisch
Englisch
Veröffentlicht: Institute of Mathematics, NAS of Ukraine 2013
Online Zugang:https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/2532
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
Завантажити файл: Pdf

Institution

Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
_version_ 1860508442062487552
author Snitko, H. A.
Снітко, Г. А.
author_facet Snitko, H. A.
Снітко, Г. А.
author_sort Snitko, H. A.
baseUrl_str https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/oai
collection OJS
datestamp_date 2020-03-18T19:25:49Z
description We establish conditions for the unique solvability of the inverse problem of finding the lower coefficient with two unknown time-dependent parameters in a one-dimensional parabolic equation with integral overdetermination conditions in a domain with free boundary.
first_indexed 2026-03-24T02:25:16Z
format Article
fulltext УДК 517.95 Г. А. Снiтко (Iн-т прикл. пробл. механiки i математики НАН України, Львiв) ВИЗНАЧЕННЯ МОЛОДШОГО КОЕФIЦIЄНТА ОДНОВИМIРНОГО ПАРАБОЛIЧНОГО РIВНЯННЯ В ОБЛАСТI З ВIЛЬНОЮ МЕЖЕЮ The unique solvability conditions of the inverse problem of finding the minor coefficient with two unknown time-dependent parameters in a one-dimensional parabolic equation with integral overdetermination conditions in a free boundary domain are established. Установлены условия однозначной разрешимости обратной задачи определения младшего коэффициента с двумя неизвестными, зависящими от времени параметрами в одномерном параболическом уравнении с интегральными условиями переопределения в области со свободной границей. 1. Вступ. Задача, яку розглянуто в роботi, поєднує два типи задач – коефiцiєнтну обернену задачу та задачу з вiльною межею. Кожен iз цих типiв задач дослiджували ранiше. Зокрема, в [1, 2] дослiджено обернену задачу визначення залежного вiд часу коефiцiєнта при першiй похiднiй за просторовою змiнною невiдомої функцiї в одновимiрному параболiчному рiвняннi з умовою перевизначення третього роду в областi з вiдомою межею. В [1] встановлено умови глобального iснування розв’язку оберненої задачi, а в [2] отримано умови локального iснуван- ня розв’язку задачi, а також умови, за яких задача не може мати глобального розв’язку. В [3] знайдено умови локального за часом iснування, єдиностi та неперервної залежностi вiд вихiдних даних розв’язку такої ж оберненої задачi з iнтегральною умовою перевизначення. В [4, 5] встановлено умови однозначної розв’язностi обернених задач визначення коефiцiєнтiв (a(t), b(t)) i (a0(t), a1(t)) у параболiчних рiвняннях ut = a(t)uxx + b(t)ux + c(x, t)u+ f(x, t), ut = (a0(t) + xa1(t))uxx + b(x, t)ux + c(x, t)u+ f(x, t), (x, t) ∈ (0, h)× (0, T ). В [6, 7] знайдено умови iснування та єдиностi розв’язкiв обернених задач для одновимiрних параболiчних рiвнянь з невiдомим, залежним вiд часу старшим коефiцiєнтом в областi, частина або вся межа якої є невiдомою. У [8 – 10] дослiджено оберненi задачi визначення залежного вiд часу коефiцiєнта при першiй похiднiй за просторовою змiнною невiдомої функцiї в одно- вимiрному параболiчному рiвняннi в областi, частина або вся межа якої є невiдомою. Наша мета — встановити умови однозначної розв’язностi оберненої задачi визначення молодшого коефiцiєнта параболiчного рiвняння з двома невiдомими, залежними вiд часу параметрами в областi з вiльною межею. 2. Формулювання задачi. В областi ΩT = {(x, t) : h1(t) < x < h2(t), 0 < t < T}, де h1 = h1(t), h2 = h2(t) — невiдомi функцiї, розглядаємо обернену задачу визначення коефiцi- єнтiв b1(t), b2(t) параболiчного рiвняння ut = a(x, t)uxx + (b1(t)x+ b2(t))ux + c(x, t)u+ f(x, t), (x, t) ∈ ΩT , (1) з початковою умовою u(x, 0) = ϕ(x), x ∈ [h1(0), h2(0)], (2) c© Г. А. СНIТКО, 2013 ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2013, т. 65, № 11 1531 1532 Г. А. СНIТКО крайовими умовами u(h1(t), t) = µ1(t), u(h2(t), t) = µ2(t), t ∈ [0, T ], (3) та умовами перевизначення h2(t)∫ h1(t) xi−3u(x, t)dx = µi(t), i = 3, 6, t ∈ [0, T ], (4) де h1(0) = h01 — задане число. Замiною змiнної y = x− h1(t) h2(t)− h1(t) задачу (1) – (4) зводимо до оберненої задачi з невiдомими (h1(t), h3(t), b1(t), b2(t), v(y, t)), де h3(t) = h2(t)−h1(t), v(y, t) = u(yh3(t)+h1(t), t), в областi з вiдомою межею QT = {(y, t) : 0 < y < 1, 0 < t < T} : vt = a(yh3(t) + h1(t), t) h23(t) vyy + b1(t)(yh3(t) + h1(t)) + b2(t) + h′1(t) + y h′3(t) h3(t) vy+ +c(yh3(t) + h1(t), t) v + f(yh3(t) + h1(t), t), (y, t) ∈ QT , (5) v(y, 0) = ϕ(yh3(0) + h1(0)), y ∈ [0, 1], (6) v(0, t) = µ1(t), v(1, t) = µ2(t), t ∈ [0, T ], (7) h3(t) 1∫ 0 v(y, t)dy = µ3(t), t ∈ [0, T ], (8) h23(t) 1∫ 0 yv(y, t)dy + h1(t)µ3(t) = µ4(t), t ∈ [0, T ], (9) h33(t) 1∫ 0 y2v(y, t)dy + 2h1(t)µ4(t)− h21(t)µ3(t) = µ5(t), t ∈ [0, T ], (10) h43(t) 1∫ 0 y3v(y, t)dy + 3h1(t)µ5(t)− 3h21(t)µ4(t) + h31(t)µ3(t) = µ6(t), t ∈ [0, T ], (11) де h1(0) = h01 — задане число. 3. Iснування розв’язку задачi (5) – (11). Теорема 1. Припустимо, що виконуються умови: 1) a, c, f ∈ C1,0(R× [0, T ]), ϕ ∈ C2[h01, h02], µi ∈ C1[0, T ], i = 1, 6; 2) 0 < a0 ≤ a(x, t) ≤ a1, c(x, t) ≤ 0, f(x, t) ≥ 0, (x, t) ∈ R × [0, T ], ϕ(x) ≥ ϕ0 > 0, x ∈ [h01,∞), ϕ′(x) > 0, x ∈ [h01, h02], (h02 − x)ϕ′(h02 + h01 − x) − (x − h01)ϕ′(x) > 0, ϕ′(x) − ϕ′(h02 + h01 − x) > 0, x ∈ [ h01, h01 + h02 2 ) , µi(t) > 0, i = 1, 3, t ∈ [0, T ], де h02 = h2(0) — розв’язок рiвняння ∫ h2(0) h01 ϕ(x)dx = µ3(0); ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2013, т. 65, № 11 ВИЗНАЧЕННЯ МОЛОДШОГО КОЕФIЦIЄНТА ОДНОВИМIРНОГО ПАРАБОЛIЧНОГО РIВНЯННЯ . . . 1533 3) умови узгодження нульового та першого порядкiв. Тодi можна вказати число T0, 0 < T0 ≤ T, яке визначається вихiдними даними, таке, що iснує розв’язок (h1, h3, b1, b2, v) ∈ (C1[0, T0]) 2×(C[0, T0]) 2×C2,1(QT0), h3(t) > 0, t ∈ [0, T0], задачi (5)− (11). Доведення. Згiдно з умовами теореми iснує єдиний розв’язок h02 = h2(0) рiвняння∫ h2(0) h01 ϕ(x)dx = µ3(0). Позначимо h03 = h02 − h01. Встановимо оцiнки функцiй h1(t), h3(t). З умов (8), (9) отримуємо h3(t) = µ3(t)∫ 1 0 v(y, t)dy , t ∈ [0, T ], (12) h1(t) = µ4(t) µ3(t) − h23(t) µ3(t) 1∫ 0 yv(y, t)dy, t ∈ [0, T ]. (13) Використовуючи принцип максимуму [11] для розв’язку прямої задачi (5) – (7), одержуємо v(y, t) ≥M0 > 0, (y, t) ∈ QT , де стала M0 визначається вихiдними даними. Тодi з (12), (13) отримуємо наступнi нерiвностi: h3(t) ≤ 1 M0 max [0,T ] µ3(t) ≡ H1 <∞, t ∈ [0, T ], |h1(t)| ≤ |µ4(t)| µ3(t) +µ3(t) ( 1∫ 0 v(y, t)dy )−1 ≤ max [0,T ] |µ4(t)| µ3(t) + 1 M0 max [0,T ] µ3(t) ≡ H2 <∞, t ∈ [0, T ]. Для оцiнки знизу h3(t) оцiнимо v(y, t) зверху. Iз принципу максимуму маємо v(y, t) ≤M1 <∞, (y, t) ∈ QT , деM1 визначається вихiдними даними. Тодi для розв’язкiв рiвняння (12) виконується нерiвнiсть h3(t) ≥ 1 M1 min [0,T ] µ3(t) ≡ H0 > 0, t ∈ [0, T ]. Таким чином, M0 ≤ v(y, t) ≤M1, (y, t) ∈ QT , |h1(t)| ≤ H2, H0 ≤ h3(t) ≤ H1, t ∈ [0, T ]. (14) Доведення iснування розв’язку задачi (5) – (11) базується на застосуваннi теореми Шаудера про нерухому точку. Зведемо задачу до системи рiвнянь. Введемо нову функцiю ṽ(y, t) = v(y, t)− ϕ(yh03 + h01)− y(µ2(t)− µ2(0)) + (y − 1)(µ1(t)− µ1(0)). Для функцiї ṽ(y, t) одержуємо задачу ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2013, т. 65, № 11 1534 Г. А. СНIТКО ṽt = a(yh3(t) + h1(t), t) h23(t) ṽyy + b1(t)(yh3(t) + h1(t)) + b2(t) + h′1(t) + y h′3(t) h3(t) (ṽy + d(y, t))+ +c(yh3(t) + h1(t), t)ṽ + F (y, t), (y, t) ∈ QT , (15) ṽ(y, 0) = 0, y ∈ [0, 1], ṽ(0, t) = ṽ(1, t) = 0, t ∈ [0, T ], де d(y, t) = h03ϕ ′(yh03 + h01) + µ2(t)− µ2(0)− µ1(t) + µ1(0), F (y, t) = h203 a(yh3(t) + h1(t), t) h23(t) ϕ′′(yh03 + h01) + c(yh3(t) + h1(t), t)× × ( ϕ(yh03 + h01) + y(µ2(t)− µ2(0)) + (1− y)(µ1(t)− µ1(0)) ) + +f(yh3(t) + h1(t), t)− yµ′2(t) + µ′1(t)(y − 1). За допомогою функцiї Грiна G1(y, t, η, τ) першої крайової задачi для рiвняння ṽt = a(yh3(t) + h1(t), t) h23(t) ṽyy + c(yh3(t) + h1(t), t) ṽ задачу (15) зводимо до рiвняння ṽ(y, t) = t∫ 0 1∫ 0 G1(y, t, η, τ) ( b1(τ)(ηh3(τ) + h1(τ)) + b2(τ) + h′1(τ) + ηh′3(τ) h3(τ) (ṽη(η, τ)+ +d(η, τ)) + F (η, τ) ) dηdτ, (y, t) ∈ QT . (16) Позначимо w(y, t) = vy(y, t), p(t) = h′1(t), r(t) = h′3(t). Запишемо (16) у виглядi v(y, t) = ϕ(yh03 + h01) + y(µ2(t)− µ2(0)) + (1− y)(µ1(t)− µ1(0)) + t∫ 0 1∫ 0 G1(y, t, η, τ)× × ( b1(τ)(ηh3(τ) + h1(τ)) + b2(τ) + p(τ) + ηr(τ) h3(τ) w(η, τ) + F (η, τ) ) dηdτ, (y, t) ∈ QT . (17) Здиференцiювавши (17) за змiнною y, отримаємо w(y, t) = h03ϕ ′(yh03 + h01) + µ2(t)− µ2(0)− µ1(t) + µ1(0) + t∫ 0 1∫ 0 G1y(y, t, η, τ)× × ( b1(τ)(ηh3(τ) + h1(τ)) + b2(τ) + p(τ) + ηr(τ) h3(τ) w(η, τ) + F (η, τ) ) dηdτ, (y, t) ∈ QT . (18) ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2013, т. 65, № 11 ВИЗНАЧЕННЯ МОЛОДШОГО КОЕФIЦIЄНТА ОДНОВИМIРНОГО ПАРАБОЛIЧНОГО РIВНЯННЯ . . . 1535 Здиференцiювавши (8) – (11) за змiнною t i використавши (5), одержимо b1(t) = [ h3(t) 1∫ 0 ( (6h1(t)µ4(t)− 3µ5(t)− 3h21(t)µ3(t) + 2h3(t)µ4(t)− 2h1(t)h3(t)µ3(t))× ×(w(y, t)(h3(t)yax(yh3(t) + h1(t), t) + a(yh3(t) + h1(t), t))− h23(t)y(f(yh3(t) + h1(t), t)+ +v(y, t)c(yh3(t) + h1(t), t))) + y(3µ5(t)− h23(t)µ3(t)− 6h1(t)µ4(t) + 3h21(t)µ3(t))× ×((yax(yh3(t) + h1(t), t)h3(t) + 2a(yh3(t) + h1(t), t))w(y, t)− h23(t)y(c(yh3(t) + h1(t), t)× ×v(y, t) + f(yh3(t) + h1(t), t))) + h3(t)y 2(h3(t)µ3(t)− 2µ4(t) + 2h1(t)µ3(t))× ×((h3(t)yax(yh3(t) + h1(t), t) + 3a(yh3(t) + h1(t), t))w(y, t)− h23(t)y(c(yh3(t) + h1(t), t)× ×v(y, t) + f(yh3(t) + h1(t), t))) ) dy + µ′6(t)(h3(t)µ3(t)− 2µ4(t) + 2h1(t)µ3(t))+ +µ′5(t)(3µ5(t)− h23(t)µ3(t)− 3h1(t)h3(t)µ3(t)− 3h21(t)µ3(t)) + µ′4(t)(6h 2 1(t)µ4(t)− −6h1(t)µ5(t)− 3h3(t)µ5(t) + 6h1(t)h3(t)µ4(t) + 2h23(t)µ4(t)) + µ′3(t)h1(t)(3h1(t)µ5(t)+ +h31(t)µ3(t)− 4h21(t)µ4(t) + 3h3(t)µ5(t)− 6h1(t)h3(t)µ4(t) + 2h21(t)h3(t)µ3(t)− −2h23(t)µ4(t) + h1(t)h 2 3(t)µ3(t)) ] ∆−1(t), t ∈ [0, T ], (19) b2(t) = [ h3(t) 1∫ 0 ( (4h1(t)h3(t)µ4(t)− 9h1(t)µ5(t) + 6h21(t)µ4(t)− 3h3(t)µ5(t)− −h31(t)µ3(t) + 4µ6(t)− h21(t)h3(t)µ3(t))(w(y, t)(h3(t)yax(yh3(t) + h1(t), t) + a(yh3(t)+ +h1(t), t))− h23(t)y(v(y, t)c(yh3(t) + h1(t), t) + f(yh3(t) + h1(t), t))) + y(2h23(t)µ4(t)− −4µ6(t)− 6h21(t)µ4(t) + 9h1(t)µ5(t) + h31(t)µ3(t)− h1(t)h23(t)µ3(t))(w(y, t)× ×(h3(t)yax(yh3(t) + h1(t), t) + 2a(yh3(t) + h1(t), t))− h23(t)y(v(y, t)c(yh3(t) + h1(t), t)+ +f(yh3(t) + h1(t), t))) + h3(t)y 2(h1(t)h3(t)µ3(t)− 2h3(t)µ4(t) + 3µ5(t)− −4h1(t)µ4(t) + h21(t)µ3(t))(w(y, t)(h3(t)yax(yh3(t) + h1(t), t) + 3a(yh3(t) + h1(t), t))− −h23(t)y(v(y, t)c(yh3(t) + h1(t), t) + f(yh3(t) + h1(t), t))) ) dy + µ′6(t)(h1(t)h3(t)µ3(t)− −2h3(t)µ4(t) + 3µ5(t)− 4h1(t)µ4(t) + h21(t)µ3(t)) + µ′5(t)(2h 2 3(t)µ4(t)− 4µ6(t)− −h1(t)h23(t)µ3(t)− 2h31(t)µ3(t) + 6h21(t)µ4(t) + 6h1(t)h3(t)µ4(t)− 3h21(t)h3(t)µ3(t))+ +µ′4(t)(h 4 1(t)µ3(t) + 8h1(t)µ6(t) + 4h3(t)µ6(t)− 9h21(t)µ5(t)− 3h23(t)µ5(t)− ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2013, т. 65, № 11 1536 Г. А. СНIТКО −9h1(t)h3(t)µ5(t) + h21(t)h 2 3(t)µ3(t) + 2h31(t)h3(t)µ3(t)) + µ′3(t)(6h 2 1(t)µ5(t)− −4h1(t)µ6(t)− 2h31(t)µ4(t) + 3h23(t)µ5(t)− 2h1(t)h 2 3(t)µ4(t) + 9h1(t)h3(t)µ5(t)− −4h3(t)µ6(t)− 4h21(t)h3(t)µ4(t))h1(t) ] ∆−1(t), t ∈ [0, T ], (20) p(t) = [ 1∫ 0 ( h3(t)∆(t)(h3(t)(f(yh3(t) + h1(t), t) + c(yh3(t) + h1(t), t)v(y, t))− −ax(yh3(t) + h1(t), t)w(y, t)) + (3h23(t)µ3(t)µ5(t)− 9µ25(t) + 12h1(t)µ4(t)µ5(t)− −12h21(t)µ 2 4(t) + 4h31(t)µ3(t)µ4(t)− h41(t)µ23(t) + 8µ4(t)µ6(t)− 8h1(t)µ3(t)µ6(t)+ +6h21(t)µ3(t)µ5(t)− 6h1(t)h 2 3(t)µ3(t)µ4(t)− 12h21(t) h 2 3(t)µ1(t)µ4(t)+ +3h21(t)h 2 3(t)µ 2 3(t) + 4h31(t)h 2 3(t)µ1(t)µ3(t)− 2h33(t)µ3(t)µ4(t)− 6h1(t)h 3 3(t)µ1(t)µ4(t)+ +2h1(t)h 3 3(t)µ 2 3(t) + 3h21(t)h 3 3(t)µ1(t)µ3(t) + 12h1(t)h 2 3(t)µ1(t)µ5(t) + 3h33(t)µ1(t)µ5(t)− −4h23(t)µ1(t)µ6(t))(w(y, t)(yh3(t)ax(yh3(t) + h1(t), t) + a(yh3(t) + h1(t), t))− −h23(t)y(v(y, t)c(yh3(t) + h1(t), t) + f(yh3(t) + h1(t), t))) + h3(t)y(4h3(t)µ1(t)µ6(t)− −4µ3(t)µ6(t)− 2h33(t)µ1(t)µ4(t) + 12h21(t)h3(t)µ1(t)µ4(t)− 12h1(t)h3(t)µ1(t)µ5(t)+ +6h1(t)µ3(t)µ5(t)− 4h31(t)h3(t)µ1(t)µ3(t) + 2h1(t)h 3 3(t)µ1(t)µ3(t) + h33(t)µ 2 3(t)− −3h3(t)µ3(t)µ5(t) + 6µ4(t)µ5(t) + 6h1(t)h3(t)µ3(t)µ4(t)− 12h1(t)µ 2 4(t)− −3h21(t)h3(t)µ 2 3(t) + 6h21(t)µ3(t)µ4(t)− 2h31(t)µ 2 3(t))((yax(yh3(t) + h1(t), t)h3(t)+ +2a(yh3(t) + h1(t), t))w(y, t)− h23(t)y(v(y, t)c(yh3(t) + h1(t), t) + f(yh3(t) + h1(t), t)))+ +h23(t)y 2(2h3(t)µ3(t)µ4(t) + 6h1(t)h3(t)µ1(t)µ4(t)− 4µ24(t) + 2h1(t)µ3(t)µ4(t)− −h23(t)µ23(t)− 2h1(t)h 2 3(t)µ1(t)µ3(t)− 2h1(t)h3(t)µ 2 3(t)− 3h21(t)h3(t)µ1(t)µ3(t)− −2h21(t)µ 2 3(t) + 2h23(t)µ1(t)µ4(t)− 3h3(t)µ1(t)µ5(t) + 3µ3(t)µ5(t) + h21(t)µ 2 3(t))× ×(w(y, t)(h3(t)yax(yh3(t) + h1(t), t) + 3a(yh3(t) + h1(t), t))− −yh23(t)(f(yh3(t) + h1(t), t) + c(yh3(t) + h1(t), t)v(y, t))) ) dy − a(h1(t), t)× ×∆(t)w(0, t) + µ′6(t)((h3(t) + h1(t))µ3(t)(2µ4(t)− (h3(t) + h1(t))µ3(t))+ +h3(t)µ1(t)(2µ4(t)(3h1(t) + h3(t))− h1(t)µ3(t)(3h1(t) + 2h3(t))) + 3µ5(t)(µ3(t)− −h3(t)µ1(t))) + µ′5(t)(h1(t)h3(t)µ1(t)µ3(t)(2h 2 3(t) + 5h21(t) + 6h1(t)h3(t))+ ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2013, т. 65, № 11 ВИЗНАЧЕННЯ МОЛОДШОГО КОЕФIЦIЄНТА ОДНОВИМIРНОГО ПАРАБОЛIЧНОГО РIВНЯННЯ . . . 1537 +h3(t)µ1(t)(4µ6(t)− 3h1(t)µ5(t))− 4µ3(t)µ6(t) + 2µ4(t)(3µ5(t)− h33(t)µ3(t))+ +(h1(t) + h3(t))(µ3(t)((h1(t) + h3(t)) 2µ3(t)− 3µ5(t))− 6h1(t)h3(t)µ1(t)µ4(t)))+ +µ′4(t)((h1(t) + h3(t)) 2(3µ3(t)µ5(t)− h21(t)h3(t)µ1(t)µ3(t)− 2µ3(t)µ4(t)(h1(t) + h3(t)))+ +3h3(t)µ1(t)µ5(t)(5h 2 1(t) + h23(t) + 4h1(t)h3(t))− 4h3(t)µ1(t)µ6(t)(2h1(t) + h3(t))− −2h1(t)h3(t)µ1(t)µ4(t)(3h 2 1(t) + h23(t) + 3h1(t)h3(t))− 9µ25(t) + 8µ4(t)µ6(t))+ +µ′3(t)((h1(t) + h3(t))(4h1(t)h3(t)µ1(t)µ6(t) + 9µ25(t)− 8µ4(t)µ6(t) + (h1(t)+ +h3(t))(4µ3(t)µ6(t)− 6µ4(t)µ5(t)− h31(t)h3(t)µ1(t)µ3(t) + (h1(t) + h3(t))× ×(4µ24(t)− 3µ3(t)µ5(t)))) + h1(t)h3(t)µ1(t)(2h1(t)µ4(t)(2h 2 3(t) + 5h1(t)h3(t) + 3h21(t))− −3µ5(t)(h 2 3(t) + 4h1(t)h3(t) + 3h21(t)))) ]( h3(t)µ1(t)∆(t) )−1 , t ∈ [0, T ], (21) r(t) = [ 1∫ 0 ( h3(t)µ2(t)(ax(yh3(t) + h1(t), t)w(y, t)− h3(t)(f(yh3(t) + h1(t), t)+ +c(yh3(t) + h1(t), t)v(y, t)))∆(t) + ((µ2(t)− µ1(t))(9µ25(t)− 3h23(t)µ3(t)µ5(t)− −12h1(t)µ4(t)µ5(t)− 12h21(t)µ 2 4(t)− 4h31(t)µ3(t)µ4(t) + h41(t)µ 2 3(t)− 8µ4(t)µ6(t)+ +8h1(t)µ3(t)µ6(t)− 6h21(t)µ3(t)µ5(t)) + 6h1(t)h 2 3(t)µ2(t)µ3(t)µ4(t)+ +6h21(t)h 2 3(t)µ1(t)µ2(t)µ4(t)− 3h21(t)h 2 3(t)µ2(t)µ 2 3(t) + 2h23(t)µ2(t)µ3(t)µ4(t)− −2h1(t)h 3 3(t)µ2(t)µ 2 3(t) + 3h33(t)µ1(t)µ2(t)µ5(t)− 3h23(t)µ1(t)µ3(t)µ5(t)− −6h1(t)h 3 3(t)µ1(t)µ2(t)µ4(t) + 6h21(t)h 2 3(t)µ1(t)µ2(t)µ4(t) + 3h21(t)h 3 3(t)µ1(t)µ2(t)µ3(t)− −2h43(t)µ1(t)µ2(t)µ4(t) + 2h1(t)h 4 3(t)µ1(t)µ2(t)µ3(t))(w(y, t)(yh3(t)ax(yh3(t) + h1(t), t)× ×a(h1(t) + yh3(t), t))− h23(t)y(v(y, t)c(yh3(t) + h1(t), t) + f(yh3(t) + h1(t), t)))+ +h3(t)y((4µ3(t)µ6(t)− 6h1(t)µ3(t)µ5(t)− 6µ4(t)µ5(t) + 12h1(t)µ 2 4(t)− 6h21(t)µ3(t)µ4(t)+ +2h31(t)µ 2 3(t))(µ2(t)− µ1(t))− h33(t)µ2(t)µ23(t) + 3h3(t)µ2(t)µ3(t)µ5(t)− −6h1(t)h3(t)µ2(t)µ3(t)µ4(t) + 3h21(t)h3(t)µ2(t)µ 2 3(t) + h43(t)µ1(t)µ2(t)µ3(t)− 3h23(t)× ×µ1(t)µ2(t)µ5(t) + 6h1(t)h 2 3(t)µ1(t)µ2(t)µ4(t)− 3h21(t)h 2 3(t)µ1(t)µ2(t)µ3(t))(w(y, t)(h3(t)y× ×ax(yh3(t) + h1(t), t) + 2a(yh3(t) + h1(t), t))− y(c(yh3(t) + h1(t), t)v(y, t)+ +f(yh3(t) + h1(t), t))h 2 3(t)) + h23(t)y 2((µ2(t)− µ1(t))(4µ24(t)− 2h1(t)µ3(t)µ4(t)+ ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2013, т. 65, № 11 1538 Г. А. СНIТКО +2h21(t)µ 2 3(t)− 3µ3(t)µ5(t)− h21(t)µ23(t))− 2h3(t)µ2(t)µ3(t)µ4(t) + h23(t)µ2(t)µ 2 3(t)+ +2h1(t)h3(t)µ2(t)µ 2 3(t) + 2h23(t)µ1(t)µ2(t)µ4(t)− h33(t)µ1(t)µ2(t)µ3(t)− −2h1(t)h 2 3(t)µ1(t)µ2(t)µ3(t))(w(y, t)(h3(t)yax(yh3(t) + h1(t), t) + 3a(yh3(t) + h1(t), t))− −yh23(t)(f(yh3(t) + h1(t), t) + c(yh3(t) + h1(t), t)v(y, t))) ) dy + ∆(t)(w(0, t)× ×a(h1(t), t)µ2(t)− a(h1(t) + h3(t), t)µ1(t)w(1, t)) + µ′6(t)((µ2(t)− µ1(t))(4µ24(t)− −3µ3(t)µ5(t)− 2h1(t)µ3(t)µ4(t) + h21(t)µ 2 3(t)) + µ2(t)(h 2 3(t)µ 2 3(t)− 2h3(t)µ3(t)µ4(t)+ +2h1(t)h3(t)µ 2 3(t)− h33(t)µ1(t)µ3(t) + 2h23(t)µ1(t)µ4(t)− 2h1(t)h 2 3(t)µ1(t)µ3(t)))+ +((µ2(t)− µ1(t))(4µ3(t)µ6(t)− 6µ4(t)µ5(t) + 3h1(t)µ3(t)µ5(t) + 2h33(t)µ3(t)µ4(t)− −h31(t)µ23(t)− 2h23(t)µ1(t)µ4(t)) + µ2(t)(3h3(t)µ3(t)µ5(t)− h33(t)µ23(t)− 3h1(t)h 2 3(t)µ 2 3(t)− −3h21(t)h3(t)µ 2 3(t)− 3h23(t)µ1(t)µ5(t) + h43(t)µ1(t)µ3(t) + 3h1(t)h 3 3(t)µ1(t)µ3(t)+ +3h21(t)h 2 3(t)µ1(t)µ3(t)))µ ′ 5(t) + µ′4(t)((µ2(t)− µ1(t))(2h31(t)µ3(t)µ4(t)− 3h21(t)µ3(t)µ5(t)+ +9µ25(t)− 8µ4(t)µ6(t)) + µ2(t)(6h 2 1(t)h3(t)µ3(t)µ4(t) + 6h1(t)h 2 3(t)µ3(t)µ4(t)+ +2h33(t)µ3(t)µ4(t)− 3h23(t)µ3(t)µ5(t)− 6h1(t)h3(t)µ3(t)µ5(t)− 6h21(t)h 2 3(t)µ1(t)µ4(t)+ +6h1(t)h 2 3(t)µ1(t)µ5(t) + 3h33(t)µ1(t)µ5(t)− 6h1(t)h 3 3(t)µ1(t)µ4(t)− 2h43(t)µ1(t)µ4(t))+ +((µ2(t)− µ1(t))(3h31(t)µ3(t)µ5(t)− 9h1(t)µ 2 5(t) + 6h21(t)µ4(t)µ5(t)− 4h31(t)µ 2 4(t)+ +8h1(t)µ4(t)µ6(t)− 4h21(t)µ3(t)µ6(t)) + µ2(t)(9h 2 1(t)h3(t)µ3(t)µ5(t)+ +9h1(t)h 2 3(t)µ3(t)µ4(t) + 6h23(t)µ4(t)µ5(t)− 12h1(t)h 2 3(t)µ 2 4(t) + 3h33(t)µ3(t)µ5(t)− −9h3(t)µ 2 5(t) + 12h1(t)h3(t)µ4(t)µ5(t)− 12h21(t)h3(t)µ 2 4(t)− 4h33(t)µ 2 4(t)− −4h23(t)µ3(t)µ6(t) + 8h3(t)µ4(t)µ6(t)− 8h1(t)h3(t)µ3(t)µ6(t) + µ1(t)(4h 3 1(t)h 2 3(t)µ4(t)− −3h21(t)h 2 3(t)µ5(t)− h41(t)h23(t)µ3(t)− 3h1(t)h 3 3(t)µ5(t) + 6h21(t)h 3 3(t)µ4(t)− −2h31(t)h 3 3(t)µ3(t) + 2h1(t)h 4 3(t)µ4(t)− h21(t)h43(t)µ3(t))))µ′3(t) ] × × ( h3(t)µ1(t)µ2(t)∆(t) )−1 , t ∈ [0, T ], (22) де ∆(t) = 6h3(t)µ4(t)µ5(t)− 12h1(t)h3(t)µ 2 4(t) + 6h21(t)h3(t)µ3(t)µ4(t)− 2h31(t)h3(t)µ 2 3(t)+ +3h23(t)µ3(t)µ5(t)− 9µ25(t) + 12h1(t)µ4(t)µ5(t) + 2h1(t)h 2 3(t)µ3(t)µ4(t) + 4h31(t)µ3(t)µ4(t)− ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2013, т. 65, № 11 ВИЗНАЧЕННЯ МОЛОДШОГО КОЕФIЦIЄНТА ОДНОВИМIРНОГО ПАРАБОЛIЧНОГО РIВНЯННЯ . . . 1539 −12h21(t)µ 2 4(t)− h41(t)µ23(t)− 4h23(t)µ 2 4(t)− h21(t)h23(t)µ23(t)− 4h3(t)µ3(t)µ6(t)− −8h1(t)µ3(t)µ6(t) + 8µ4(t)µ6(t) + 6h1(t)h3(t)µ3(t)µ5(t) + 6h21(t)µ3(t)µ5(t). Отже, задачу (5) – (11) зведено до системи iнтегральних рiвнянь (12), (13), (17) – (22) вiднос- но невiдомих (h3(t), h1(t), v(y, t), w(y, t), b1(t), b2(t), p(t), r(t)). Задача (5) – (11) i вказана систе- ма рiвнянь еквiвалентнi в такому сенсi: якщо (h1, h3, b1, b2, v) ∈ (C1[0, T ])2 × ×(C[0, T ])2 × C2,1(QT ) є розв’язком задачi (5) – (11), то (h3, h1, v, w, b1, b2, p, r) ∈ (C[0, T ])2 × ×(C(QT ))2 × (C[0, T ])4 є розв’язком системи рiвнянь (12), (13), (17) – (22), i навпаки. Запишемо ∆(t) у виглядi ∆(t) = h63(t) 2 [ 1∫ 0 y(1− y)w(y, t)dy 1∫ 0 y2(1− y)(2y − 1)w(y, t)dy+ + 1∫ 0 y2(1− y)w(y, t)dy 1∫ 0 y(1− y)(1− 2y)w(y, t)dy ] . Згiдно з припущеннями теореми з (18) можемо зробити висновок про iснування такого числа t1, 0 < t1 ≤ T, що w(y, t) ≥ h03 2 min [0,1] ϕ′(yh03 + h01) > 0, (y, t) ∈ Qt1 . Тодi 1∫ 0 y(1− y)w(y, t)dy > 0, 1∫ 0 y2(1− y)w(y, t)dy > 0, t ∈ [0, t1]. Подамо вирази ∫ 1 0 y(1− y)(1− 2y)w(y, t)dy, ∫ 1 0 y2(1− y)(2y − 1)w(y, t)dy у виглядi 1∫ 0 y(1− y)(1− 2y)w(y, t)dy = 1/2∫ 0 y(1− y)(1− 2y)(w(y, t)− w(1− y, t))dy, (23) 1∫ 0 y2(1− y)(2y − 1)w(y, t)dy = 1/2∫ 0 y(1− y)(1− 2y)((1− y)w(1− y, t)− yw(y, t))dy. (24) Пiдставимо (18) у (23). Всi доданки, крiм першого, при t→ 0 прямують до нуля. Тодi можемо вважати, що iснує таке число t2, 0 < t2 ≤ T, що 1∫ 0 y(1− y)(1− 2y)w(y, t)dy ≥ h03 2 1/2∫ 0 y(1− y)(1− 2y)× ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2013, т. 65, № 11 1540 Г. А. СНIТКО ×(ϕ′(yh03 + h01)− ϕ′(h03(1− y) + h01))dy > 0, t ∈ [0, t2]. Пiдставивши (18) у (24), можемо зробити висновок про iснування такого числа t3, 0 < t3 ≤ T, що 1∫ 0 y2(1− y)(2y − 1)w(y, t)dy ≥ h03 2 1/2∫ 0 y(1− y)(1− 2y)× ×((1− y)ϕ′(h03(1− y) + h01)− yϕ′(yh03 + h01))dy > 0, t ∈ [0, t3]. Таким чином, ∆(t) ≥ C0 > 0, t ∈ [0, t4], t4 = min{t1, t2, t3}. (25) Встановимо оцiнки розв’язкiв системи рiвнянь (12), (13), (17) – (22). Позначимо W (t) = max y∈[0,1] |w(y, t)|. З (19) – (22), враховуючи (14), (25), одержуємо |b1(t)| ≤ C1 + C2W (t), |b2(t)| ≤ C3 + C4W (t), |p(t)| ≤ C5 + C6W (t), |r(t)| ≤ C7 + C8W (t), t ∈ [0, t4]. (26) Використовуючи (14), (26) та оцiнки функцiї Грiна [11], з (18) отримуємо W (t) ≤ C9 + C10 t∫ 0 W (τ) +W 2(τ)√ t− τ dτ, t ∈ [0, t4]. Метод розв’язування останньої нерiвностi наведено у [12]. Звiдси отримуємо оцiнку W (t) ≤M2 <∞, t ∈ [0, t5], де t5, 0 < t5 ≤ t4, визначається сталими C9, C10. Тодi |b1(t)| ≤ B1 <∞, |b2(t)| ≤ B2 <∞, |p(t)| ≤ B3 <∞, |r(t)| ≤ B4 <∞, t ∈ [0, t5]. Запишемо систему рiвнянь (12), (13), (17) – (22) у виглядi операторного рiвняння ω = Pω, де ω = (h3(t), h1(t), v(y, t), w(y, t), b1(t), b2(t), p(t), r(t)), а оператор P визначається правими частинами рiвнянь (12), (13), (17) – (22). Вiзьмемо довiльнi (h3, h1, v, w, b1, b2, p, r), для яких справджуються встановленi вище оцiн- ки. Оцiнимо праву частину рiвняння (18): |P4w| ≤ C11 + C12 √ t. Вибираючи число t6, 0 < t6 ≤ T, так, щоб виконувалась нерiвнiсть C11 + C12 √ t6 ≤ M2, отримуємо |P4w| ≤M2, (y, t) ∈ [0, 1]× [0, t6]. ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2013, т. 65, № 11 ВИЗНАЧЕННЯ МОЛОДШОГО КОЕФIЦIЄНТА ОДНОВИМIРНОГО ПАРАБОЛIЧНОГО РIВНЯННЯ . . . 1541 Позначимо N = {(h3, h1, v, w, b1, b2, p, r) ∈ (C[0, T0]) 2 × (C(QT0))2 × (C[0, T0]) 4 : H0 ≤ ≤ h3(t) ≤ H1, |h1(t)| ≤ H2, M0 ≤ v(y, t) ≤M1, |w(y, t)| ≤M2, |b1(t)| ≤ B1, |b2(t)| ≤ B2, |p(t)| ≤ B3, |r(t)| ≤ B4}, де T0 = min{t5, t6}. Очевидно, що множина N задовольняє умови теореми Шаудера, а оператор P переводить N в себе. Те, що оператор P цiлком неперервний на N, доводиться, як у [8]. Отже, за теоремою Шаудера про нерухому точку цiлком неперервного оператора iснує розв’язок системи рiвнянь (12), (13), (17) – (22) i, вiдповiдно, розв’язок задачi (5) – (11) при (y, t) ∈ QT0 . Теорему 1 доведено. 4. Єдинiсть розв’язку задачi (5) – (11). Теорема 2. Нехай виконуються умови: a ∈ C2,0(R× [0, T ]), c, f ∈ C1,0(R× [0, T ]), a(x, t) > 0, (x, t) ∈ R× [0, T ], ϕ(x) ≥ ϕ0 > 0, x ∈ [h01,∞), ϕ′(x) > 0, x ∈ [h01, h02], (h02 − x)ϕ′(h02 + h01 − x)− (x− h01)ϕ′(x) > 0, ϕ′(x)− ϕ′(h02 + h01 − x) > 0, x ∈ [ h01, h01 + h02 2 ) , µi(t) > 0, i = 1, 3, t ∈ [0, T ]. Тодi можна вказати число t4, 0 < t4 ≤ T, яке визначається вихiдними даними, таке, що задача (5) − (11) не може мати двох рiзних розв’язкiв (h3, h1, b1, b2, v) ∈ (C1[0, t4]) 2 × × (C[0, t4]) 2 × C2,1(Qt4), h3(t) > 0, t ∈ [0, t4]. Доведення. Припустимо, що (h1i(t), h3i(t), b1i(t), b2i(t), vi(y, t)), i = 1, 2, — два розв’язки задачi (5) – (11). Позначимо b1i(t) h3i(t) = ri(t), b2i(t) h3i(t) = qi(t), h′1i(t) h3i(t) = si(t), h′3i(t) h3i(t) = pi(t), i = 1, 2, r(t) = r1(t)− r2(t), q(t) = q1(t)− q2(t), s(t) = s1(t)− s2(t), p(t) = p1(t)− p2(t), v(y, t) = v1(y, t)− v2(y, t). Функцiї r(t), q(t), s(t), p(t), v(y, t) задовольняють рiвняння vt = a(yh31(t) + h11(t), t) h231(t) vyy + (r1(t)(yh31(t) + h11(t)) + q1(t) + s1(t) + yp1(t))vy+ +c(yh31(t) + h11(t), t)v+ ( a(yh31(t) + h11(t), t) h231(t) − a(yh32(t) + h12(t), t) h232(t) ) v2yy+ +(r2(t)(y(h31(t)− h32(t)) + h11(t)− h12(t)) + r(t)(yh31(t) + h11(t)) + q(t) + s(t)+ +yp(t))v2y + (c(yh31(t) + h11(t), t) + c(yh32(t) + h12(t), t))v2+ +f(yh31(t) + h11(t), t)− f(yh32(t) + h12(t), t), (y, t) ∈ QT , (27) та умови v(y, 0) = 0, y ∈ [0, 1], (28) v(0, t) = v(1, t) = 0, t ∈ [0, T ], (29) ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2013, т. 65, № 11 1542 Г. А. СНIТКО 1∫ 0 v(y, t)dy = µ3(t) ( 1 h31(t) − 1 h32(t) ) , 1∫ 0 yv(y, t)dy = (µ4(t)− h11(t)µ3(t)) ( 1 h231(t) − 1 h232(t) ) − (h11(t)− h12(t)) µ3(t) h232(t) , 1∫ 0 y2v(y, t)dy = (µ5(t)− 2h11(t)µ4(t) + h211(t)µ3(t)) ( 1 h331(t) − 1 h332(t) ) + +(µ3(t)(h 2 11(t)− h212(t))− 2µ4(t)(h11(t)− h12(t))) 1 h332(t) , (30) 1∫ 0 y3v(y, t)dy = (µ6(t)− 3h11(t)µ5(t) + 3h211(t)µ4(t)− h311(t)µ3(t)) ( 1 h431(t) − 1 h432(t) ) − −(µ3(t)(h 3 11(t)− h312(t))− 3µ4(t)(h 2 11(t)− h212(t)) + 3µ5(t)(h11(t)− h12(t))) 1 h432(t) , t ∈ [0, T ]. За допомогою функцiї Грiна G∗1(y, t, η, τ) першої крайової задачi для рiвняння vt = a(yh31(t) + h11(t), t) h231(t) vyy + (r1(t)(yh31(t) + h11(t)) + q1(t) + s1(t)+ +yp1(t))vy + c(yh31(t) + h11(t), t)v з урахуванням умов (28), (29) функцiю v(y, t) запишемо у виглядi v(y, t) = t∫ 0 1∫ 0 G∗1(y, t, η, τ) [ v2ηη(η, τ) ( a(ηh31(τ) + h11(τ), τ) h231(τ) − a(ηh32(τ) + h12(τ), τ) h232(τ) ) + + ( r(τ)(ηh31(τ) + h11(τ)) + r2(τ)(η(h31(τ)− h32(τ)) + h11(τ)− h12(τ)) + q(τ)+ +s(τ) + ηp(τ) ) v2η(η, τ) + v2(η, τ) ( c(ηh31(τ) + h11(τ), τ)− c(ηh32(τ) + h12(τ), τ) ) + +f(ηh31(τ) + h11(τ), τ)− f(ηh32(τ) + h12(τ), τ) ] dηdτ, (y, t) ∈ QT . (31) Здиференцiювавши (31) за змiнною y, одержимо vy(y, t) = t∫ 0 1∫ 0 G∗1y(y, t, η, τ) [ v2ηη(η, τ) ( a(ηh31(τ) + h11(τ), τ) h231(τ) − a(ηh32(τ) + h12(τ), τ) h232(τ) ) + ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2013, т. 65, № 11 ВИЗНАЧЕННЯ МОЛОДШОГО КОЕФIЦIЄНТА ОДНОВИМIРНОГО ПАРАБОЛIЧНОГО РIВНЯННЯ . . . 1543 + ( r(τ)(ηh31(τ) + h11(τ)) + r2(τ) ( η(h31(τ)− h32(τ)) + h11(τ)− h12(τ) ) + q(τ)+ +s(τ) + ηp(τ) ) v2η(η, τ) + v2(η, τ) ( c(ηh31(τ) + h11(τ), τ)− c(ηh32(τ) + h12(τ), τ) ) + +f(ηh31(τ) + h11(τ), τ)− f(ηh32(τ) + h12(τ), τ) ] dηdτ, (y, t) ∈ QT . (32) Оскiльки для h′1i, h ′ 3i, b1i(t), b2i(t), i = 1, 2, справджуються рiвностi, аналогiчнi (19) – (22), то звiдси отримуємо p(t)µ2(t) + (q(t) + s(t))(µ2(t)− µ1(t)) + r(t)(h31(t)µ2(t)− µ3(t) + h11(t)(µ2(t)− µ1(t))) = = vy(0, t)a(h11(t), t)− vy(1, t)a(h11(t) + h31(t), t) h231(t) + (h−231 (t)− h−232 (t))(v2y(0, t)a(h11(t), t)− −v2y(1, t)a(h11(t) + h31(t), t)) + 1 h232(t) (v2y(0, t)(a(h11(t), t)− a(h12(t), t))− (a(h11(t)+ +h31(t), t)− a(h12(t) + h32(t), t))v2y(1, t)) + h−132 (t) 1∫ 0 (ax(yh31(t) + h11(t), t)vy(y, t)+ +(ax(yh31(t) + h11(t), t)− ax(yh32(t) + h12(t), t))v2y(y, t))dy+ +(h−131 (t)− h−132 (t)) ( 1∫ 0 ax(yh32(t) + h12(t), t)v2y(y, t)dy + µ′3(t) ) − − 1∫ 0 (v(y, t)c(yh31(t) + h11(t), t) + (c(yh31(t) + h11(t), t)− c(yh32(t) + h12(t), t))v2(y, t)+ +f(yh31(t) + h11(t), t)− f(yh32(t) + h12(t), t))dy − r2(t)(µ2(t)(h31(t)− h32(t))+ +(µ2(t)− µ1(t))(h11(t)− h12(t))), t ∈ [0, T ], (33) h31(t)s(t)µ1(t) + q(t)(h31(t)µ1(t)− µ3(t)) + r(t)(h31(t)µ3(t) + h11(t)h31(t)µ1(t)+ +h11(t)µ3(t)− 2µ4(t)) = = −vy(0, t)a(h11(t), t) h31(t) − v2y(0, t) h31(t) (a(h11(t), t)− a(h12(t), t))− 1 h31(t) 1∫ 0 ((h31(t)(1− y)× ×ax(yh31(t) + h11(t), t)− a(yh31(t) + h11(t), t))vy(y, t)+ +(h31(t)(1− y)(ax(yh31(t) + h11(t), t)− ax(yh32(t) + h12(t), t))+ +(1− y)(h31(t)− h32(t))ax(yh32(t) + h12(t), t)− a(yh31(t) + h11(t), t)+ ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2013, т. 65, № 11 1544 Г. А. СНIТКО +a(yh32(t) + h12(t), t))v2y(y, t))dy + (h−131 (t)− h−132 (t)) ( µ′4(t)− h11(t)µ′3(t)− −a(h12(t), t)v2y(0, t)− 1∫ 0 (h32(t)(1− y)ax(yh32(t) + h12(t), t)− −a(yh32(t) + h12(t), t))v2y(y, t)dy ) + h31(t) 1∫ 0 (1− y)(v(y, t)c(yh31(t) + h11(t), t)+ +f(yh31(t) + h11(t), t)− f(yh32(t) + h12(t), t) + (c(yh31(t) + h11(t), t)− −c(yh32(t) + h12(t), t))v2(y, t))dy + (h31(t)− h32(t)) ( 1∫ 0 (1− y)(f(yh32(t) + h12(t), t)+ +v2(y, t)c(yh32(t) + h12(t), t))dy − µ1(t)(s2(t) + q2(t))− r2(t)(µ3(t) + h11(t)µ1(t)) ) − −(h11(t)− h12(t))(r2(t)(µ3(t) + h32(t)µ1(t)) + µ′3(t)h −1 32 (t)), t ∈ [0, T ], (34) q(t) ( h31(t)µ3(t)− 2µ4(t) + 2h11(t)µ3(t) ) + r(t) ( 2h31(t)µ4(t)− h11(t)h31(t)µ3(t)− −3µ5(t) + 4h11(t)µ4(t)− h211(t)µ3(t) ) = = 1∫ 0 ( (h31(t)(y 2 − y)ax(yh31(t) + h11(t), t) + (2y − 1)a(yh31(t) + h11(t), t) ) vy(y, t)+ +v2y(y, t) ( (y2 − y) ( h31(t) ( ax(yh31(t) + h11(t), t)− ax(yh32(t) + h12(t), t) ) + (h31(t)− −h32(t))ax(yh32(t)+h12(t), t)) + (2y−1) ( a(yh31(t)+h11(t), t)− a(yh32(t)+h12(t), t)) )) dy+ +(h−131 (t)− h−132 (t))(µ′5(t)− 2h11(t)µ ′ 4(t) + h211(t)µ ′ 3(t)) + h231(t)× × 1∫ 0 (y − y2) ( c(yh31(t) + h11(t), t)v(y, t) + f(yh31(t) + h11(t), t)− f(yh32(t) + h12(t), t)+ +v2(y, t)(c(yh31(t) + h11(t), t)− c(yh32(t) + h12(t), t)) ) dy+ +(h231(t)− h232(t)) 1∫ 0 (y − y2) ( f(yh32(t) + h12(t), t) + v2(y, t)c(yh32(t) + h12(t), t) ) dy+ +(h31(t)− h32(t)) ( r2(t)(h11(t)µ3(t)− 2µ4(t))− q2(t)µ3(t) ) + (h11(t)− ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2013, т. 65, № 11 ВИЗНАЧЕННЯ МОЛОДШОГО КОЕФIЦIЄНТА ОДНОВИМIРНОГО ПАРАБОЛIЧНОГО РIВНЯННЯ . . . 1545 −h12(t)) ( r2(t)(h32(t)µ3(t)− 4µ4(t))− 2q2(t)µ3(t)− 2µ′4(t)h −1 32 (t) + µ′3(t) ) + + ( h211(t)− h212(t) )( r2(t)µ3(t) + µ′3(t)h −1 32 (t) ) , t ∈ [0, T ], (35) r(t) = [ 1∫ 0 (( 6h11(t)µ4(t)− 3µ5(t)− 3h211(t)µ3(t) + 2h31(t)µ4(t)− 2h11(t)h31(t)µ3(t) ) × (v1y(y, t)(h31(t)yax(yh31(t) + h11(t), t) + a(yh31(t) + h11(t), t))− h231(t)y(f(yh31(t)+ +h11(t), t) + v1(y, t)c(yh31(t) + h11(t), t))) + y(3µ5(t)− h231(t)µ3(t)− 6h11(t)µ4(t)+ +3h211(t)µ3(t))(v1y(y, t)(yh31(t)ax(yh31(t) + h11(t), t) + 2a(yh31(t) + h11(t), t))− −h231(t)y(f(yh31(t) + h11(t), t) + v1(y, t)c(yh31(t) + h11(t), t))) + h31(t)y 2(h31(t)µ3(t)− −2µ4(t) + 2h11(t)µ3(t))((3a(yh31(t) + h11(t), t) + h31(t)yax(yh31(t) + h11(t), t))v1y(y, t)− −h231(t)y(f(yh31(t) + h11(t), t) + c(yh31(t) + h11(t), t)v1(y, t))) ) dy + µ′6(t)(µ3(t)+ +2(µ3(t)h11(t)− µ4(t))h−131 (t)) + µ′5(t)(3(µ5(t)− µ3(t)h211(t))h−131 (t)− µ3(t)(h31(t)+ +3h11(t))) + µ′4(t)(6h11(t)h −1 31 (t)(µ4(t)h11(t)−µ5(t))−3µ5(t) + 2µ4(t)(3h11(t) + h31(t)))+ +µ′3(t)h11(t)h −1 31 (t)(3(h11(t) + h31(t))µ5(t) + h211(t)µ3(t)(h11(t) + 2h31(t))− −2h11(t)µ4(t)(2h11(t)− 3h31(t)) + h231(t)(h11(t)µ3(t)− 2µ4(t))) ]( 2(h31(t)− −h32(t))(3µ4(t)µ5(t)− 6h11(t)µ 2 4(t) + 3h211(t)µ3(t)µ4(t)− h311(t)µ23(t)− 2µ3(t)µ6(t)+ +3h11(t)µ3(t)µ5(t)) + (h231(t)− h232(t))(3µ3(t)µ5(t)− 4µ24(t) + 2h11(t)µ3(t)µ4(t)− −h211(t)µ23(t)) + 2(h11(t)− h12(t))(6µ4(t)µ5(t)− 6h32(t)µ 2 4(t) + h232(t)µ3(t)µ4(t)− −4µ3(t)µ6(t) + 3h32(t)µ3(t)µ5(t)) + (h211(t)− h212(t))(6h32(t)µ3(t)µ4(t)− 12µ24(t)− −h232(t)µ23(t) + 6µ3(t)µ5(t)) + 2µ3(t)(h 3 11(t)− h312(t))(2µ4(t)− h32(t)µ3(t))− −µ23(t)(h411(t)− h412(t)) )( (6h31(t)µ4(t)µ5(t)− 12h11(t)h31(t)µ 2 4(t)+ +6h211(t)h31(t)µ3(t)µ4(t)− 2h311(t)h31(t)µ 2 3(t) + 3h231(t)µ3(t)µ5(t)− 9µ25(t)+ +12h11(t)µ4(t)µ5(t) + 2h11(t)h 2 31(t)µ3(t)µ4(t) + 4h311(t)µ3(t)µ4(t)− −12h211(t)µ 2 4(t)− h411(t)µ23(t)− 4h231(t)µ 2 4(t)− h211(t)h231(t)µ23(t)− 4h31(t)µ3(t)µ6(t)− −8h11(t)µ3(t)µ6(t) + 8µ4(t)µ6(t) + 6h11(t)h31(t)µ3(t)µ5(t)+ ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2013, т. 65, № 11 1546 Г. А. СНIТКО +6h211(t)µ3(t)µ5(t))(6h32(t)µ4(t)µ5(t)− 12h12(t)h32(t)µ 2 4(t) + 6h212(t)h32(t)µ3(t)µ4(t)− −2h312(t)h32(t)µ 2 3(t) + 3h232(t)µ3(t)µ5(t)− 9µ25(t) + 12h12(t)µ4(t)µ5(t)+ +2h12(t)h 2 32(t)µ3(t)µ4(t) + 4h312(t)µ3(t)µ4(t)− 12h212(t)µ 2 4(t)− h412(t)µ23(t)− 4h232(t)× ×µ24(t)− h212(t)h232(t)µ23(t)− 4h32(t)µ3(t)µ6(t)− 8h12(t)µ3(t)µ6(t) + 8µ4(t)µ6(t)+ +6h12(t)h32(t)µ3(t)µ5(t) + 6h212(t)µ3(t)µ5(t)) )−1 + [ 1∫ 0 ( (6h11(t)µ4(t)− 3µ5(t)− −3h211(t)µ3(t) + 2h31(t)µ4(t)− 2h11(t)h31(t)µ3(t))((h31(t)yax(yh31(t) + h11(t), t)+ +a(yh31(t) + h11(t), t))vy(y, t) + v2y(y, t)(a(yh31(t) + h11(t), t)− a(yh32(t) + h12(t), t)+ +y(ax(yh31(t) + h11(t), t)− ax(yh32(t) + h12(t), t))h31(t) + yax(yh32(t)+ +h12(t), t)(h31(t)− h32(t)))− y(f(yh31(t) + h11(t), t)− f(yh32(t) + h12(t), t)+ +c(yh31(t) + h11(t), t)v(y, t) + v2(y, t)(c(yh31(t) + h11(t), t)− c(yh32(t) + h12(t), t)))h 2 31(t)− −(h231(t)− h232(t))y(c(yh32(t) + h12(t), t)v2(y, t) + f(yh32(t) + h12(t), t)))+ +y(3µ5(t)− h231(t)µ3(t)− 6h11(t)µ4(t) + 3h211(t)µ3(t))((h31(t)yax(yh31(t) + h11(t), t)+ +2a(yh31(t) + h11(t), t))vy(y, t) + v2y(y, t)(2(a(yh31(t) + h11(t), t)− a(yh32(t) + h12(t), t))+ +(ax(yh31(t) + h11(t), t)− ax(yh32(t) + h12(t), t))yh31(t) + yax(yh32(t)+ +h12(t), t)(h31(t)− h32(t)))− y(f(yh31(t) + h11(t), t)− f(yh32(t) + h12(t), t)+ +c(yh31(t) + h11(t), t)v(y, t) + v2(y, t)(c(yh31(t) + h11(t), t)− c(yh32(t) + h12(t), t)))h 2 31(t)− −(h231(t)− h232(t))y(c(yh32(t) + h12(t), t)v2(y, t) + f(yh32(t) + h12(t), t)))+ +h31(t)y 2(h31(t)µ3(t)− 2µ4(t) + 2h11(t)µ3(t))((h31(t)yax(yh31(t) + h11(t), t)+ +3a(yh31(t) + h11(t), t))vy(y, t) + v2y(y, t)(yh31(t)(ax(yh31(t) + h11(t), t)− −ax(yh32(t) + h12(t), t)) + 3(a(yh31(t) + h11(t), t)− a(yh32(t) + h12(t), t))+ +yax(yh32(t) + h12(t), t)(h31(t)− h32(t)))− y(f(yh31(t)+h11(t), t)− f(yh32(t)+h12(t), t)+ +v(y, t)c(yh31(t) + h11(t), t) + v2(y, t)(c(yh31(t) + h11(t), t)− c(yh32(t) + h12(t), t)))h 2 31(t)− −y(h231(t)− h232(t))(c(yh32(t) + h12(t), t)v2(y, t) + f(yh32(t) + h12(t), t)))+ +(h31(t)− h32(t))((1− y2)(yh32(t)ax(yh32(t) + h12(t), t)v2y(y, t)− ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2013, т. 65, № 11 ВИЗНАЧЕННЯ МОЛОДШОГО КОЕФIЦIЄНТА ОДНОВИМIРНОГО ПАРАБОЛIЧНОГО РIВНЯННЯ . . . 1547 −h232(t)y(c(yh32(t) + h12(t), t)v2(y, t) + f(yh32(t) + h12(t), t)))+ +(1− 3y2)a(yh32(t) + h12(t), t)v2y(y, t))− yµ3(t)(h231(t)− h232(t))((1− y)(yax(yh32(t)+ +h12(t), t)h32(t)v2y(y, t)− h232(t)y(c(yh32(t) + h12(t), t)v2(y, t) + f(yh32(t) + h12(t), t)))+ +(2− 3y)v2y(y, t)a(yh32(t) + h12(t), t)) + 2(h211(t)− h212(t))((3µ4(t)(1− y)− −h32(t)µ3(t)(1− y2))(yh32(t)v2y(y, t)ax(yh32(t) + h12(t), t)− h232(t)y(c(yh32(t)+ +h12(t), t)v2(y, t) + f(yh32(t) + h12(t), t))) + (3µ4(t)(1− 2y)− −h32(t)µ3(t)(1− 3y2))v2y(y, t)a(yh32(t) + h12(t), t))− 3µ3(t)(h 2 11(t)− h212(t))× ×((1− y)(yh32(t)ax(yh32(t) + h12(t), t)v2y(y, t)− y(c(yh32(t) + h12(t), t)v2(y, t)+ +f(yh32(t) + h12(t), t))h 2 32(t)) + (1− 2y)v2y(y, t)a(yh32(t) + h12(t), t)) ) dy + (h−131 (t)− −h−132 (t))(2µ′6(t)(µ3(t)h11(t)− µ4(t)) + 3µ′5(t)(µ5(t)− µ3(t)h211(t))+ +6h11(t)µ ′ 4(t)(µ4(t)h11(t)− µ5(t)) + h211(t)µ ′ 3(t)(3µ5(t)− 4µ4(t)h11(t) + µ3(t)h 2 11(t)))+ +(h31(t)− h32(t))(2µ4(t)µ′4(t)− µ3(t)µ′5(t) + h11(t)µ ′ 3(t)(µ3(t)h11(t)− −2µ4(t))) + (h11(t)− h12(t))(2h−132 (t)(µ3(t)µ ′ 6(t)− 3µ5(t)µ ′ 4(t))− 3µ3(t)µ ′ 5(t) + 6µ4(t)µ ′ 4(t)+ +µ′3(t)(3µ5(t)− 2µ4(t)h32(t))) + (h211(t)− h212(t))(3h−132 (t)(2µ4(t)µ ′ 4(t)− µ3(t)µ′5(t)+ +µ5(t)µ ′ 3(t))− µ′3(t)(6µ4(t)− µ3(t)h32(t))) + 2µ′3(t)(h 3 11(t)− h312(t))(µ3(t)− 4µ4(t)h −1 32 (t))+ +µ3(t)µ ′ 3(t)h −1 32 (t)(h411(t)− h412(t)) ]( 6h32(t)µ4(t)µ5(t)− 12h12(t)h32(t)µ 2 4(t)+ +6h212(t)h32(t)µ3(t)µ4(t)− 2h312(t)h32(t)µ 2 3(t) + 3h232(t)µ3(t)µ5(t)− 9µ25(t)+ +12h12(t)µ4(t)µ5(t) + 2h12(t)h 2 32(t)µ3(t)µ4(t) + 4h312(t)µ3(t)µ4(t)− −12h212(t)µ 2 4(t)− h412(t)µ23(t)− 4h232(t)µ 2 4(t)− h212(t)h232(t)µ23(t)− 4h32(t)µ3(t)µ6(t)− −8h12(t)µ3(t)µ6(t) + 8µ4(t)µ6(t) + 6h12(t)h32(t)µ3(t)µ5(t) + 6h212(t)µ3(t)µ5(t) )−1 , (36) t ∈ [0, T ]. Зауважимо, що 6h3i(t)µ4(t)µ5(t)− 12h1i(t)h3i(t)µ 2 4(t) + 6h21i(t)h3i(t)µ3(t)µ4(t)− 2h31i(t)h3i(t)µ 2 3(t)+ +3h23i(t)µ3(t)µ5(t)− 9µ25(t) + 12h1i(t)µ4(t)µ5(t) + 2h1i(t)h 2 3i(t)µ3(t)µ4(t)+ +4h31i(t)µ3(t)µ4(t)− 12h21i(t)µ 2 4(t)− h41i(t)µ23(t)− 4h23i(t)µ 2 4(t)− ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2013, т. 65, № 11 1548 Г. А. СНIТКО −h21i(t)h23i(t)µ23(t)− 4h3i(t)µ3(t)µ6(t)− 8h1i(t)µ3(t)µ6(t) + 8µ4(t)µ6(t)+ +6h1i(t)h3i(t)µ3(t)µ5(t) + 6h21i(t)µ3(t)µ5(t) ≥ C0 > 0, i = 1, 2, t ∈ [0, t4]. Згiдно з припущеннями теореми правильною є наступна рiвнiсть: f(yh31(t) + h11(t), t)− f(yh32(t) + h12(t), t) = (h11(t)− h12(t) + y(h31(t)− h32(t)))× × 1∫ 0 fx(yh32(t) + h12(t) + σ(y(h31(t)− h32(t)) + h11(t)− h12(t)), t)dσ, (37) яка справедлива i для функцiй c(yh3i(t)+h1i(t), t), a(yh3i(t)+h1i(t), t) та ax(yh3i(t)+h1i(t), t), i = 1, 2. Виразимо h3i(t), h1i(t) через pi(t), si(t): h3i(t) = h3i(0) exp  t∫ 0 pi(τ)dτ  , h1i(t) = h1i(0) + h3i(0) t∫ 0 si(τ) exp  τ∫ 0 pi(σ)dσ  dτ, i = 1, 2, h31(0) = h32(0) = h03, h11(0) = h12(0) = h01. Враховуючи рiвнiсть ex − ey = (x− y) 1∫ 0 ey+τ(x−y)dτ, одержуємо 1 h31(t) − 1 h32(t) = − 1 h03 t∫ 0 p(τ)dτ 1∫ 0 exp ( − t∫ 0 (σp(τ) + p2(τ))dτ ) dσ, (38) h11(t)− h12(t) = h03 ( t∫ 0 s(τ) exp ( τ∫ 0 p1(σ)dσ ) dτ+ + t∫ 0 s2(τ) τ∫ 0 p(η)dη exp ( τ∫ 0 (p2(ρ) + σp(ρ))dρ ) dσdτ ) . (39) Аналогiчно (38), (39) використаємо для зображення рiзниць h31(t)−h32(t), h231(t)−h232(t), h−231 (t)− h−232 (t), h211(t)− h212(t), h311(t)− h312(t), h411(t)− h412(t). Використавши (37) – (39) i пiдставивши (31), (32) в (33) – (36), одержимо систему однорiдних iнтегральних рiвнянь Вольтерра другого роду вiдносно невiдомих q(t), s(t), p(t), r(t). З єди- ностi розв’язкiв таких систем випливає, що q(t) = 0, s(t) = 0, p(t) = 0, r(t) = 0, t ∈ [0, t4]. Звiдси отримаємо q1(t) = q2(t), s1(t) = s2(t), p1(t) = p2(t), r1(t) = r2(t), t ∈ [0, t4], а отже, h31(t) = h32(t), h11(t) = h12(t), b11(t) = b12(t), b21(t) = b22(t), t ∈ [0, t4]. Використовуючи це в задачi (27) – (29), знаходимо v1(y, t) = v2(y, t), (y, t) ∈ Qt4 . Теорему 2 доведено. ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2013, т. 65, № 11 ВИЗНАЧЕННЯ МОЛОДШОГО КОЕФIЦIЄНТА ОДНОВИМIРНОГО ПАРАБОЛIЧНОГО РIВНЯННЯ . . . 1549 1. Hong-Ming Yin. Global solvability for some parabolic inverse problems // J. Math. Anal. and Appl. – 1991. – P. 392 – 403. 2. Trong D. D., Ang D. D. Coefficient identification for a parabolic equation // Inverse Problems. – 1994. – 10, № 3. – P. 733 – 752. 3. Cannon J., Perez-Esteva S. Determination of the coefficient of ux in a linear parabolic equation // Inverse Problems. – 1994. – 10, № 3. – P. 521 – 531. 4. Iванчов М. I., Пабирiвська Н. В. Однозначне визначення двох коефiцiєнтiв у параболiчному рiвняннi у випадку нелокальних та iнтегральних умов // Укр. мат. журн. – 2001. – 53, № 5. – С. 589 – 596. 5. Пабирiвська Н. В. Тепловi моменти в обернених задачах для параболiчних рiвнянь // Вiсн. Львiв. ун-ту. Сер. мех.-мат. – 2000. – Вип. 56. – С. 142 – 149. 6. Iванчов М. I. Обернена задача з вiльною межею для рiвняння теплопровiдностi // Укр. мат. журн. – 2003. – 55, № 7. – С. 901 – 910. 7. Баранська I. Визначення старшого коефiцiєнта у параболiчному рiвняннi в областi з невiдомими межами // Вiсн. Львiв. ун-ту. Сер. мех.-мат. – 2005. – Вип. 64. – С. 20 – 38. 8. Снiтко Г. А. Обернена задача для параболiчного рiвняння в областi з вiльною межею // Мат. методи та фiз.-мех. поля. – 2007. – 50, № 4. – С. 7 – 18. 9. Снiтко Г. А. Обернена задача визначення молодшого коефiцiєнта в параболiчному рiвняннi в областi з вiльною межею // Вiсн. нац. ун-ту „Львiв. полiтехнiка”. Фiз.-мат. науки. – 2009. – Вип. 643. – С. 45 – 52. 10. Снiтко Г. А. Kоефiцiєнтна обернена задача для параболiчного рiвняння в областi з вiльною межею // Мат. методи та фiз.-мех. поля. – 2008. – 51, № 4. – С. 37 – 47. 11. Ладыженская О. А., Солонников В. А., Уральцева Н. Н. Линейные и квазилинейные уравнения параболического типа. – М.: Наука, 1967. – 736 с. 12. Ivanchov M. Inverse problems for equations of parabolic type. – Lviv: VNTL Publ., 2003. – 238 p. – (Math. Stud.: Monogr. Ser. – Vol. 10.) Одержано 01.10.12 ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2013, т. 65, № 11
id umjimathkievua-article-2532
institution Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
keywords_txt_mv keywords
language Ukrainian
English
last_indexed 2026-03-24T02:25:16Z
publishDate 2013
publisher Institute of Mathematics, NAS of Ukraine
record_format ojs
resource_txt_mv umjimathkievua/32/39a4cc6eb768d24a679c85de00f64532.pdf
spelling umjimathkievua-article-25322020-03-18T19:25:49Z Determination of the Lowest Coefficient for a One-Dimensional Parabolic Equation in a Domain with Free Boundary Визначення молодшого коефіцієнта одновимірного параболічного рівняння в області з вільною межею Snitko, H. A. Снітко, Г. А. We establish conditions for the unique solvability of the inverse problem of finding the lower coefficient with two unknown time-dependent parameters in a one-dimensional parabolic equation with integral overdetermination conditions in a domain with free boundary. Установлены условия однозначной разрешимости обратной задачи определения младшего коэффициента с двумя неизвестными, зависящими от времени параметрами в одномерном параболическом уравнении с интегральными условиями переопределения в области со свободной границей. Institute of Mathematics, NAS of Ukraine 2013-11-25 Article Article application/pdf https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/2532 Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal; Vol. 65 No. 11 (2013); 1531–1549 Український математичний журнал; Том 65 № 11 (2013); 1531–1549 1027-3190 uk en https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/2532/1825 https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/2532/1826 Copyright (c) 2013 Snitko H. A.
spellingShingle Snitko, H. A.
Снітко, Г. А.
Determination of the Lowest Coefficient for a One-Dimensional Parabolic Equation in a Domain with Free Boundary
title Determination of the Lowest Coefficient for a One-Dimensional Parabolic Equation in a Domain with Free Boundary
title_alt Визначення молодшого коефіцієнта одновимірного параболічного рівняння в області з вільною межею
title_full Determination of the Lowest Coefficient for a One-Dimensional Parabolic Equation in a Domain with Free Boundary
title_fullStr Determination of the Lowest Coefficient for a One-Dimensional Parabolic Equation in a Domain with Free Boundary
title_full_unstemmed Determination of the Lowest Coefficient for a One-Dimensional Parabolic Equation in a Domain with Free Boundary
title_short Determination of the Lowest Coefficient for a One-Dimensional Parabolic Equation in a Domain with Free Boundary
title_sort determination of the lowest coefficient for a one-dimensional parabolic equation in a domain with free boundary
url https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/2532
work_keys_str_mv AT snitkoha determinationofthelowestcoefficientforaonedimensionalparabolicequationinadomainwithfreeboundary
AT snítkoga determinationofthelowestcoefficientforaonedimensionalparabolicequationinadomainwithfreeboundary
AT snitkoha viznačennâmolodšogokoefícíêntaodnovimírnogoparabolíčnogorívnânnâvoblastízvílʹnoûmežeû
AT snítkoga viznačennâmolodšogokoefícíêntaodnovimírnogoparabolíčnogorívnânnâvoblastízvílʹnoûmežeû