طريقة حل المعادلات التفاضلية الجزئية

طريقة حل المعادلات التفاضلية الجزئية

المعادلات التفاضلية الجزئية من الدرجة الأولى

المعادلات التفاضلية الجزئية الخطية هي المعادلات التي يمكن كتابتها على النحو التالي:

.(1) وبالنسبة للتابع ، ويمكن كتابة معادلة المنحنى على النحو التالي:

وهذه المعادلة تقودنا إلى ما يَسمَى جملة المعادلات المساعدة للمعادلة رقم (1)، ويُعبّر عنها كالتالي:

وإذا كانت قيمة الطرف في المعادلة رقم (1) تساوي صفر عندها نُسميها معادلة متجانسة . ما الحل العام للمعادلة التفاضلية الجزئية التالية؟

 http://www.w3.org/2000/svg" width="23.679ex" height="2.262ex" role="img" focusable="false" viewBox="0 -750 10466 1000" xmlns:xlink=" http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.566ex;"> 

" data-answer="

نبدأ بتحديد جملة المساعدات:

 http://www.w3.org/2000/svg" width="22.591ex" height="2.262ex" role="img" focusable="false" viewBox="0 -750 9985.1 1000" xmlns:xlink=" http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.566ex;"> 

 http://www.w3.org/2000/svg" width="8.662ex" height="2.262ex" role="img" focusable="false" viewBox="0 -750 3828.6 1000" xmlns:xlink=" http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.566ex;"> 

 http://www.w3.org/2000/svg" width="11.59ex" height="1.971ex" role="img" focusable="false" viewBox="0 -666 5123 871" xmlns:xlink=" http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.464ex;"> 

وعليه فإن الحل العام هو:

 http://www.w3.org/2000/svg" width="18.606ex" height="2.262ex" role="img" focusable="false" viewBox="0 -750 8223.7 1000" xmlns:xlink=" http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.566ex;"> 

" data-content=" السؤال:

ما الحل العام للمعادلة التفاضلية الجزئية التالية؟

 http://www.w3.org/2000/svg" width="23.679ex" height="2.262ex" role="img" focusable="false" viewBox="0 -750 10466 1000" xmlns:xlink=" http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.566ex;"> 

الحل:

نبدأ بتحديد جملة المساعدات:

 http://www.w3.org/2000/svg" width="22.591ex" height="2.262ex" role="img" focusable="false" viewBox="0 -750 9985.1 1000" xmlns:xlink=" http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.566ex;"> 

 http://www.w3.org/2000/svg" width="8.662ex" height="2.262ex" role="img" focusable="false" viewBox="0 -750 3828.6 1000" xmlns:xlink=" http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.566ex;"> 

 http://www.w3.org/2000/svg" width="11.59ex" height="1.971ex" role="img" focusable="false" viewBox="0 -666 5123 871" xmlns:xlink=" http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.464ex;"> 

وعليه فإن الحل العام هو:

 http://www.w3.org/2000/svg" width="18.606ex" height="2.262ex" role="img" focusable="false" viewBox="0 -750 8223.7 1000" xmlns:xlink=" http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.566ex;"> 

" data-denotation-char="" data-editor-class="editor-1" data-id="2fec8ff8_0062_473f_9ed9_530affc94cf8" data-index="553" data-panel-type="faq" data-ref=""> السؤال:

ما الحل العام للمعادلة التفاضلية الجزئية التالية؟

الحل:

نبدأ بتحديد جملة المساعدات:

وعليه فإن الحل العام هو:

 وبالانتقال لمثالٍ آخر: ما الحل العام للمعادلة التفاضلية الجزئية التالية:

 http://www.w3.org/2000/svg" width="21.276ex" height="2.262ex" role="img" focusable="false" viewBox="0 -750 9404 1000" xmlns:xlink=" http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.566ex;">  ؟

" data-answer="

بالبداية نذكر أن جملة المعادلات المساعدة هي:

 http://www.w3.org/2000/svg" width="21.948ex" height="2.262ex" role="img" focusable="false" viewBox="0 -750 9701.1 1000" xmlns:xlink=" http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.566ex;"> 

ومنها نجد أن:

 http://www.w3.org/2000/svg" width="6.422ex" height="1.692ex" role="img" focusable="false" viewBox="0 -666 2838.6 748" xmlns:xlink=" http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.186ex;"> 

 http://www.w3.org/2000/svg" width="12.272ex" height="2.351ex" role="img" focusable="false" viewBox="0 -833.9 5424.1 1038.9" xmlns:xlink=" http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.464ex;"> 

وعليه فإن الحل العام للمعادلة التفاضلية الجزئية هو:

 http://www.w3.org/2000/svg" width="17.047ex" height="2.452ex" role="img" focusable="false" viewBox="0 -833.9 7534.8 1083.9" xmlns:xlink=" http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.566ex;"> 

" data-content=" السؤال:

ما الحل العام للمعادلة التفاضلية الجزئية التالية:

 http://www.w3.org/2000/svg" width="21.276ex" height="2.262ex" role="img" focusable="false" viewBox="0 -750 9404 1000" xmlns:xlink=" http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.566ex;">  ؟

الحل:

بالبداية نذكر أن جملة المعادلات المساعدة هي:

 http://www.w3.org/2000/svg" width="21.948ex" height="2.262ex" role="img" focusable="false" viewBox="0 -750 9701.1 1000" xmlns:xlink=" http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.566ex;"> 

ومنها نجد أن:

 http://www.w3.org/2000/svg" width="6.422ex" height="1.692ex" role="img" focusable="false" viewBox="0 -666 2838.6 748" xmlns:xlink=" http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.186ex;"> 

 http://www.w3.org/2000/svg" width="12.272ex" height="2.351ex" role="img" focusable="false" viewBox="0 -833.9 5424.1 1038.9" xmlns:xlink=" http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.464ex;"> 

وعليه فإن الحل العام للمعادلة التفاضلية الجزئية هو:

 http://www.w3.org/2000/svg" width="17.047ex" height="2.452ex" role="img" focusable="false" viewBox="0 -833.9 7534.8 1083.9" xmlns:xlink=" http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.566ex;"> 

" data-denotation-char="" data-editor-class="editor-1" data-id="0891684a_45eb_40fa_ad3d_c212fe60c8b5" data-index="577" data-panel-type="faq" data-ref=""> السؤال:

ما الحل العام للمعادلة التفاضلية الجزئية التالية:

؟ الحل:

بالبداية نذكر أن جملة المعادلات المساعدة هي:

ومنها نجد أن:

وعليه فإن الحل العام للمعادلة التفاضلية الجزئية هو:



المعادلات التفاضلية الجزئية من الدرجة الثانية

إذا كان u تابعاً لمتغيرين مستقلين x و y ، فإن الشكل العام للمعادلة التفاضلية الجزئية الخطية من المرتبة الثانية هو:

وكما يتضح فإن التوابع هنا تتمثل ب:

والمتغيرين المستقلين هما فقط كل من:

. ويمكن القول بأن المعادلة الخطية متجانسة إذا كان ، ويمكن للمعادلة التفاضلية الجزئية من الدرجة الثانية أن تكون متناقصة أو متزايدة أو متكافئة، فعلى سبيل المثال:
  • إذا كانت قيمة F أقل من 0 فهي متناقصة.
  • إذا كانت قيمة F تساوي من 0 فهي متكافئة.
  • إذا كانت قيمة F أكبر من 0 فهي متزايدة.

بالإضافة لما سبق يمكن حل المعادلات التفاضلية الجزئية الخطیة من المرتبة الثانية بعدة طرق وهي:

  • الطريقة المباشرة

حيث يمكن تعيين الحل العام لبعض المعادلات التفاضلية الجزئية الخطیة عن طريق تكامل أحد المتغيرات المشتقة بشكل مباشر.

  • طريقة فصل المتغيرات

حيث يمكن تعيين الحل العام لبعض المعادلات التفاضلية الجزئية الخطیة المتجانسة عن طريق فصل المتغيرات ومبدأ التركيب الخطي والذي ينص على أن التركيب الخطي لبعض حلول المعادلات التفاضلية الجزئية الخطیة المتجانسة هو حلٌ لها، بلغة أخرى تعني أن يتم تحويل المعادلة التفاضلية الجزئية ذات n من المتغيرات المستغلة إلي n من المعادلات التفاضلية الاعتيادية.

  • طريقة سلاسل فورير

حيث يمكن استخدام هذه الطريقة لبعض المعادلات التفاضلية الجزئية الخطیة المتجانسة والتي لديها شروط ولا نستطيع إيجاد حلها بالطرق السابقة.

  • طريقة المعادلة المساعدة

إذا كانت المعادلة التفاضلیة الجزئیة خطیة ومتجانسة ذات أمثال ثابتة وجمیع حدودها من نفس الدرجة مثل:

مفهوم المعادلات التفاضلية الجزئية وما يتعلق بها

المعادلات التفاضلية الجزئية هي المعادلات التي تحتوي على أكثر من متغير والمشتقات الجزئية لهذا التابع بالنسبة لمتغيراته، ومرتبة المعادلة التفاضلية هي أعلى مرتبة اشتقاق جزئي للمعادلة، فعلى سبيل المثال: ما مرتبة المعادلة التفاضلية التالية:

 http://www.w3.org/2000/svg" width="18.662ex" height="2.452ex" role="img" focusable="false" viewBox="0 -833.9 8248.6 1083.9" xmlns:xlink=" http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.566ex;"> 

" data-answer="

معادلة من الدرجة الثانية.

" data-content=" السؤال:

ما مرتبة المعادلة التفاضلية التالية:

 http://www.w3.org/2000/svg" width="18.662ex" height="2.452ex" role="img" focusable="false" viewBox="0 -833.9 8248.6 1083.9" xmlns:xlink=" http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.566ex;"> 

الحل:

معادلة من الدرجة الثانية.

" data-denotation-char="" data-editor-class="editor-1" data-id="11799889_46ce_4ce8_8610_ba505e9b665a" data-index="447" data-panel-type="faq" data-ref=""> السؤال:

ما مرتبة المعادلة التفاضلية التالية:

الحل:

معادلة من الدرجة الثانية.



يتوجب قبل البدء بأي حلول، تحديد فيما إذا كانت المعادلة خطية أو غير خطية؛ فالمعادلة الخطية هي المعادلة التي لا تتضمن فيها المعادلة وأي حد منها أو الشروط الأولية أي حاصل ضرب من المتغيرات التابعة أو مشتقاتها.

وحل المعادلة التفاضلية الجزئية هو أي تابع يحقق المعادلة التفاضلية الجزئية، والحل العام للمعادلة التفاضلية نقصد به الحل الذي يحوي توابع اختيارية عددها يساوي مرتبة المعادلة، بينما يُعرّف الحل الخاص على أنه كل حل ينتج عن عبارة الحل العام لها بعد تعيين قيم محددة للتوابع الاختيارية التي يحتويها الحل العام بشرط أن تتوافق وشروط المسألة.

فلنأخذ مثالًا بسيطًا، المعادلة التالية على سبيل المثال التابع التالي:

هو الحل العام للمعادلة التفاضلية الجزئية:

حيث أنها معادلة من المرتبة الثانية والتابع الذي ذكرناه يحقق المعادلة ويحوي تابعين اختياريين هما .

وكمثال على الحل الخاص فإن:

هو مثال على الحل الخاص للمعادلة التفاضلية الجزئية، وهذا يقودنا إلى ما يُسمى بالمعادلة الحدية وهي المسألة التي تتألف من معادلة تفاضلية جزئية بالإضافة لبعض الشروط التي تتعلق بحدود منطقة المتغيرات والتي ندرس المعادلة ضمنها.

تصنيف المعادلات التفاضلية

تُصنف المعادلات التفاضلية الجزئية بناء علي اعتبارات عدة والتصنيف ذو مفهوم مهم؛ لأن النظرية العامة وطريقة الحل عادة تُطبق على صنف معين من المعادلات، وتُصنف المعادلات التفاضلية الجزئية إلي 6 أصناف هي:

  • حسب رتبة المعادلة التفاضلية الجزئية (أولى، ثانية، إلخ).
  • حسب عدد المتغيرات (ذات متغيرين، ذات متغيرات).
  • حسب صفة الخطية (خطية وغير خطية).
  • حسب التجانس (متجانسة وغير متجانسة).
  • حسب نوعية المعاملات (ثابتة أو متغيرة).
  • حسب الأنماط الثلاثة الأساسية للمعادلات الخطية (متزايد، متكافئ، متناقص).

أهمية المعادلات التفاضلية الجزئية

تتأتى أهمية المعادلات التفاضلية الجزئية لأن معظم الفيزياء الرياضية توصَف بمثل هذه المعادلات؛ فعلى سبيل المثال لا الحصر:

  • ديناميات الموائع.
  • ديناميكيات الوسائط المستمرة.
  • النظرية الكهرومغناطيسية.
  • ميكانيكا الكم .
  • تدفق حركة المرور.

كما ويمكن وصف غالبية الظواهر الفيزيائية من خلال المعادلات التفاضلية الجزئية، مثل:

  • معادلة نافييه-ستوكس لديناميكا الموائع.
  • معادلات ماكسويل للكهرومغناطيسية .
  • معادلة الحرارة.
  • معادلة الموجة.
  • معادلة لابلاس.
  • معادلة هيلمهولتز.
  • معادلة كلاين-جوردون.
  • معادلة بواسون.
  • معادلة برجر.
34تعليم
مزيد من المشاركات
كيف أحسن طريقة كلامي

كيف أحسن طريقة كلامي

كيف أحسن من طريقة كلامي؟ يُعدّ الكلام بوضوع وبطريقة سليمة ليس بالأمر السهل دائمًا، وفيما يأتي بعض النصائح التي يُمكن اتّباعها لتحسين طريقة الكلام: الاسترخاء والثقة أثناء الحديث يتوتّر بعض الناس عند الحديث أمام الناس في المناسبات الاجتماعيّة أو الاجتماعات الرسميّة، وهذا التوتّر يؤثّر على طريقة كلامهم بحيث يُصبح كلامهم غير واضح كما يريدون، ولذلك يُنصح الذين يعانون من التوتّر أثناء الحديث التمرّن على الاسترخاء وممارسة تمارين الاسترخاء باستمرار لأنّها تساعد على زيادة الثقة بالنفس وتقليل التوتّر
سبع فوائد للسفر

سبع فوائد للسفر

السفر ساهم التطور الكبير الذي شهدته الحياة إلى أن يكون السفر أمراً أساسياً، ونمطاً معروفاً في حياة الكثير من الناس، وذلك تبعاً لحاجاتهم في مجالات الحياة المختلفة ومنها: العلاج، والترفيه، والعمل وغيرها، حيث أصبح الإنسان يتجول في مناطق ومدن مختلفة من العالم، وقد يكون هذا السفر داخليّاً ضمن الدولة نفسها التي يعيش فيها الإنسان، بحيث يكون الانتقال من مدينة أو محافظة إلى أخرى، أو قد يكون خارج نطاق حدود الدولة بحيث يكون الانتقال من دولة إلى أخرى، وفي هذا المقال سنتعرف على سبع فوائد للسفر. فوائد السفر
عيوب المنهج الوصفي

عيوب المنهج الوصفي

عيوب المنهج الوصفي على الرغم من أن للمنهج الوصفي العديد من المميزات، إلا أن له بعض العيوب أيضًا، وتتمثل هذه العيوب فيما يأتي: التظاهر (تأثير المراقب) من أبرز عيوب المنهج الوصفي هو أن الأشخاص محل الدراسة يمكن أن يتأثروا بوجود مراقب يراقبهم ليصف الحالة، وينخرطوا فيما يسمى بـ "تأثير المراقب"، ويبدأون في التظاهر، وبهذا تقل احتمالية إعطاء الباحث إجابات دقيقة. الخطأ في جمع البيانات على الرغم من أن المنهج الوصفي يمكن أن يوفر نهج متعدد الأوجه لجمع البيانات ، ويعطي رؤية أوسع للمعلومات، ويوفر إحصائيات
منتخب الدنمارك لكرة اليد

منتخب الدنمارك لكرة اليد

كرة اليد في الدنمارك تعتبر الدنمارك دولة صغيرة إلا أنها من كبار الدول في كرة اليد في العالم على مستوى الرجال وسيدات، ويعود تأسيس الاتحاد كرة اليد في الدنمارك إلى عام 1935. منتخب الدنمارك لكرة اليد للرجال منتخب الدنمارك للرجال في بطولة العالم شارك منتخب دنمارك للرجال في كأس العالم لكرة اليد في 11 مناسبة، بداية الإنجازات كانت في بطولة العالم في عام 2013 عندما حصل على المركز الثالث، انتظر منتخب الدنمارك العريق في كرة اليد عام 2019 للفوز بأول ألقابه في بطولة العالم بكرة اليد عندما فاز على النرويج
متى ولد جابر بن حيان

متى ولد جابر بن حيان

ولادة جابر بن حيان ولد أبو موسى جابر بن حيان في طوس في إيران عام 721م وهو من قبيلة أزد اليمنية، وهاجر بن حيان إلى بغداد واستقر فيها بعد قيام الدولة العباسية، حيث توثقت علاقته بأسرة فارسية تدعى البرامكة، ويعد ابن حيان مؤسس علم الكيمياء التجريبي، فقد كان أول من اعتمد على التجارب، والاستقراء، والاستنتاج العلمي في استخلاص معلوماته الكيميائية، كما كان كثير الإنتاج والاكتشافات حتى أنه لقب بأبو الكيمياء، وشيخ الكيميائيين. إنجازات جابر بن حيان كانت حياة ابن حيان زاخرة بالإنجازات الكيميائية والعلمية،
كيف تصبح تاجر برأس مال صغير

كيف تصبح تاجر برأس مال صغير

التجارة تُعدّ التّجارة نوعاً من أنواع الأنشطة الترويجيّة، والتي تتضمّن شراء السّلع أو الخدمات وبيعها وكل ما يتصل بها من أنشطة، كما تُعرّف بأنها حِرفةٌ يتم فيها تحريك المال عن طريق عمليّات البيع والشراء بهدف الحصول على أرباحٍ، وتتم التّجارة بين طرفين أحدهما التّاجر والآخر الزبون. التاجر يُعدّ التّاجر طرفاً من أطراف العملية التجاريّة، ويستطيع أي فردٍ معنويٍ أو طبيعيٍ الحصول على صفة تاجرٍ عند حصوله على وثيقةٍ تجاريّةٍ تسمح له بممارسة حِرفة التّجارة سواء كانت جواً، أو بحراً، أو براً. ويستطيع
كرم إبراهيم جابر (رياضي مصري)

كرم إبراهيم جابر (رياضي مصري)

من هو كرم إبراهيم جابر؟ كرم جابر هو رياضي مصري محترف في مجال المصارعة الرومانية، وقد ولد كرم إبراهيم جابر في 1 سبتمبر من عام 1979 لعائلة مصرية ميسورة الحال في جمهورية مصر العربية وتحديداً في مدينة الإسكندرية ، ويصل طول المصارع كرم إلى 185سم، ووزنه 84 كغ. وقد بدأ المصارع كرم جابر مشواره الرياضي كلاعب جمباز، كما شجعته عائلته بسبب حبه للرياضة وكانت تدعمه دائماً حتى وصل للعالمية، وقد حقق كرم جابر لموطنه مصر ميدالية ذهبية أولمبية بعدما انقطت مصر من الميداليات الذهبية منذ عام 1948م أي ما يقارب 56
نبذة عن سبارتاكوس

نبذة عن سبارتاكوس

تعريف حول سبارتاكوس وُلد عام 109 قبل الميلاد في مدينة تراقية، وتوفي في عام 71 قبل الميلاد، وقد كان عبدا في الدولة الرومانية. ولكن ما معنى اسم سبارتاكوس؟ تُشير المصادر إلى أن معنى اسم سباركوس هو الرجل القوي، وسباركوس هو شخص تمّ أسره وبيعه كعبد لأحد الأشخاص الرومان وكان يُدعى (لنتولس بتياتس) وهذا الشخص كان يمتلك مدرسة لتدريب العبيد على المصارعة من أجل استخدامهم كمصارعين ومبارزين في حلبات خاصة بالمصارعة يتم تنظيمها من أجل الترفيه والمتعة، وهناك من يرى أن سبارتاكوس كان جنديًّا سابقًا، هرب وحُكم