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
أهمية إشارات المرور

أهمية إشارات المرور

أهمية إشارات المرور فيما يأتي بعض الأمور المحوريّة التي تُلخّص أهميّة إشارات المرور: السلامة: تحرص إشارات المرور على سلامة الأشخاص في الطرقات، فبدونها تُصبح الطرق خطيرة، وتقع الحوادث بشكلٍ متكررٍ، إذ تدلّ الإشارات المروريّة مستخدمي الطريق على وجود أزمة مروريّة، أو منحنيات ومنعطفات حادّة، أو وجود أعمال إنشائيّة في الطريق، وغيرها من الأمور التي تُقلّل من عدد الحوادث المروريّة والوفيات الناتجة عنها. النظام: تُحافظ إشارات المرور على النظام في الطرقات، فهي تُنظّم حركة المرور والمشاة، وتضمن تنقّل
بيدرو ليون (لاعب كرة قدم اسباني)

بيدرو ليون (لاعب كرة قدم اسباني)

من هو بيدرو ليون؟ هو بيدرو ليون سانشيز غيل (Pedro León ​Sánchez Gil)، وهو لاعب كرة قدم إسباني محترف وشهير، وهو من مواليد بلدة مولة (Mula) التي تقع في مدينة مرسية (Murcia) في إسبانيا ، بتاريخ 24 نوفمبر من عام 1986. ما هو الرقم المعتاد للاعب بيدرو ليون؟ يعد الرقم 21 هو الرقم المعتاد للاعب بيدرو ليون. ما هي الوكالة التي تدير أعمال اللاعب بيدرو ليون؟ تتم إدارة أعمال اللاعب بيدرو ليون من قبل شركة Soccertalents . ما هي القدم التي يفضل اللاعب بيدرو ليون استخدامها في اللعب؟ يفضل اللاعب بيدرو ليون
علاج انخفاض درجة الحرارة عند الأطفال

علاج انخفاض درجة الحرارة عند الأطفال

علاج انخفاض درجة الحرارة عند الأطفال يشخص الطبيب انخفاض درجة حرارة الطفل (بالإنجليزية: Hypothermia) عن طريق قياسها وملاحظة الأعراض المرافقة لها، وبناءً على هذه الأعراض ومدى انخفاض درجة الحرارة يتم تحديد شدة الحالة؛ فإما أن يكون انخفاض درجة الحرارة طفيفًا (بالإنجليزية: Mild hypothermia) بحيث تتراوح درجة حرارة الطفل ما بين 32-35 درجة مئوية، وإمّا أن يكون الانخفاض معتدلًا (بالإنجليزية: Moderate hypothermia)، بحيث تتراوح درجة حرارة الطفل بين 28-32 درجة مئوية، أو انخفاضًا شديدًا (بالإنجليزية:
ألم رأس المعدة

ألم رأس المعدة

ألم رأس المعدة يمكن تعريف ألم رأس المعدة على أنّه ذلك الألم الذي يحدث في مُنتصف الجزء العلوي من البطن، أسفل عظام القفص الصدري مُباشرةً، وفي الحقيقة، قد يكون ألم رأس المعدة أحياناً مُشكلة بسيطة، وقد يكون ناجم عن وجود مشاكل صحيّة خطيرة، لذلك من الضروري مراجعة الطبيب، والكشف عن الأسباب الحقيقيّة التي قد تكمن وراء الإصابة بألم رأس المعدة. أسباب ألم رأس المعدة هناك عدّة أسباب قد تكمن وراء الإصابة بألم رأس المعدة، ومنها ما يأتي: ارتداد أحماض المعدة؛ والذي يحدث عند رجوع بعض أحماض المعدة، أو الطعام
تجارة قريش قبل الإسلام

تجارة قريش قبل الإسلام

تجارة قريش قبل الإسلام حظيت شبه الجزيرة العربية و موقعها الجغرافي الذي كان وسط 3 مسطحات مائية من الشمال بحر الروم ( البحر المتوسط ) و من الجنوب بحر الحبشة ( المحيط الهندي )  و كانت أيضا اليابسة الممتدة على الطول الغربي و الشرقي يتخللها أيضا مسطح مائي ، فمن الغرب البحر الأحمر و الشرق بحر فارس ( الخليج العربي ) . التجارة البحرية والبرية للعرب انتشرت في  تلك الفترة الملاحة البحرية  ، فصنع العرب القوارب الصغيرة و أبحروا الى السواحل القريبة منهم ليتاجروا و يشتروا البضائع ، زادت الخبة عند العرب
ما هي عناصر الغازات النبيلة

ما هي عناصر الغازات النبيلة

عناصر الغازات النبيلة يبلغ عدد عناصر الغازات النبيلة 7 عناصر في الكيمياء، وهي كالآتي: الهيليوم (He) يبلغ العدد الذري لعنصر الهيليوم (بالإنجليزية: Helium) 2، ويعدّ المكوّن الأساسي لغالبية النجوم، كما أنّه يحتل المركز الثاني في قائمة أكثر العناصر وفرةً في الكون، أمّا بالنسبة لاستخدامات هذا العنصر، فمن أبرزها استخدامه كوسيط تبريد إضافةً إلى إمكانية استخدامه في نفخ البالونات والمناطيد بسبب انخفاض كثافته. النيون (Ne) يبلغ العدد الذري لعنصر النيون (بالإنجليزية: Neon) 10، ومن أهم استخداماته الدخول في
كيف يكون يوم القيامة

كيف يكون يوم القيامة

تبدل أحوال الكون يوم القيامة شاء الله -تعالى- بحكمته أن تكون هُناك العديد من العلامات التي تُبيّن قُرب اليوم الآخر ، وهذه العلامات تدُلّ على تغيّر الأحوال وتبدُّلها، كما وتدلّ على قرب الحساب وما يعقبه من أحداث. ومن هذه العلامات انبساط الأرض حتى تكون مُستوية، وتشقق السماء وانفطارها، وخروج الحمم من البحار، وغير ذلك من الأحداث التي تغيّر نظام الكون، وسيتمّ توضيح بعض هذه الأحوال والأهوال في المقال تالياً. أهوال يوم القيامة هُناك الكثير من الأهوال التي تحدث في نظام الكون يوم القيامة ، وبيانها فيما
تعريف السجلات الطبية

تعريف السجلات الطبية

السجلات الطبية حيثُ إنّ السجل الطبي؛ عبارة عن مصطلح يستخدم لوصف المستند الذي يُوضح جميع المعلومات المتعلقة بالمريض؛ بما في ذلك، تاريخه المرضي، ونتائجه التشخصية، قبل الرعاية الطبية وبعدها، كما تعدّ السجلات الطبية أداة فعالة، إذا تمت كتابتها بشكلٍ صحيح، حيث تساهم بدورها في العلاج بشكلٍ دقيق. الهدف الرئيسي من السجلات الطبية إن الهدف الرئيسي من السجلات الطبية؛ هو التأكد من أنّ الرعاية الطبية التي يتلقاها المرضى ذات جودة عالية، حيثُ توفر السجلات الطبية معلومات تفصيلية لجميع مقدمي الرعاية الصحية عن