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.
24تعليم
مزيد من المشاركات
كيف أنحف كيلو باليوم

كيف أنحف كيلو باليوم

هل يمكن فقدان كيلو من الوزن باليوم إنّ من غير الآمن أو الصحي محاولة خسارة كيلوغرامٍ في اليوم الواحد، حيث يتطلّب فقدان الوزن السريع تغييراتٍ شديدةً على النظام الغذائي والتمارين الرياضية، ممّا يدعو إلى القلق من نزول الوزن بطريقةٍ غير صحية، وعدم القدرة على إجراء تغييراتٍ دائمةٍ على نمط الحياة والحفاظ عليها، كما يُمكن للجسم ألّا يفقد الكثير من الدهون خلال نزول الوزن السريع مُقارنةً بخسارة الوزن المُعتدلة، ممّا قد يؤدي إلى فقدان الوزن من الماء أو العضلات؛ وذلك بسبب صعوبة حرق الكثير من السعرات
فوائد وأضرار خل التفاح للتنحيف

فوائد وأضرار خل التفاح للتنحيف

هل لخل التفاح فوائد للتنحيف؟ خل التفاح هو عبارة عن عصير تفاح أجريت له عملية تخمير أدت إلى تحول السكر الموجود في العصير إلى حمض، مما يعطي هذا الخل رائحة وطعم قويين، وقد شاع استخدام خل التفاح للتخفيف من العديد من الأمراض، ولعل إحداها هو تخفيف الوزن، فيمكن أن يقلل خل التفاح من الشهية، وتسرع عملية حرق الدهون، لكن هذه الادعاءات لا يوجد دراسات علمية تثبتها أو تدعمها، ولذلك لا يمكن الجزم بمدى مصداقيتها، وبالتالي لا ينصح بشرب خل التفاح قبل الوجبات، أو تناول مكملات خل التفاح. ما هي أضرار خلّ التفاح؟
أعراض إلتهاب البول

أعراض إلتهاب البول

أعراض التهاب المسالك البولية العلوية يُعدّ التهاب المسالك البولية العلوية أو ما يُعرف بالتهاب الحويضة والكلية (بالإنجليزية: Pyelonephritis) أحد أنواع عدوى الجهاز البولي الذي يصيب الكلية، وتشمل أهم أعراضه ما يأتي: ألم عند التبوُّل. الحاجة الملّحة للتبوُّل باستمرار. الحمّى والقشعريرة. الغثيان والقيء. ألم في البطن. أعراض التهاب المسالك البولية السفلية يشمل التهاب المسالك البولية السفلية التهاب المثانة، والتهاب الإحليل، والتهاب البروستا عند الرجال، ويمكن بيان أعراض كلٍّ منها على النحو الآتي:
هل الغدة الدرقية تؤخر الحمل

هل الغدة الدرقية تؤخر الحمل

هل الغدة الدرقية تؤخر الحمل تؤثر اضطرابات الغدّة الدرقيّة (بالإنجليزية: Thyroid gland) بشكلٍ سلبيّ في الخصوبة والقدرة على الحمل أو القدرة على استمرار الحمل سواءً فرط نشاط الغدّة الدرقيّة (بالإنجليزية: Hyperthyroidism)، أو قصور الغدّة الدرقيّة (بالإنجليزية: Hypothyroidism)، ولكن لا يعني ذلك عدم القدرة على الحمل بشكلٍ نهائيّ، كما يؤدي ارتفاع نسبة الأجسام المضادّة المناعيّة الذاتيّة (بالإنجليزية: Autoimmune antibodies) في الجسم إلى التأثير في الخصوبة بغضّ النظر عن الإصابة بفرط أو قصور الغدّة
معلومات عن شجرة الصفصاف

معلومات عن شجرة الصفصاف

نظرة حول شجرة الصفصاف لشجرة الصفصاف (بالإنجليزية: Willow tree) نحو 350 نوعاً مختلفاً، واسمها باللاتينية هو (Salix)، وعادة يمكن العثور عليها في التربة الرطبة للمناطق الأكثر برودة في نصف الكرة الأرضية الشمالي، ويحتوي الصفصاف على عصارة لحاء مائية تضم حمض الساليسيليك، وخشباً قاسٍ، وأغصاناً رفيعة، وجذور ليفية كبيرة، تتميز بصلابتها وصعوبة القضاء عليها. تعتبر أشجار الصفصاف منتجة للزهور التي تتميز بأنها تفتقر إلى البتلات، وتكون بسيطة وصغيرة وتنمو على شكل مجموعات ضيقة، وتنتج بعض أشجار الصفصاف أزهارًا
أين تقع بحيرة طبريا

أين تقع بحيرة طبريا

موقع بحيرة طبريا تقع بحيرة طبريّا في الجزء الشماليّ الشرقيّ من فلسطين، حيُ تُعتبر ثاني أخفض بحيرة في العالم بعد البحر الميت، ومن الجدير بالذكر أنّه أطلق عليها العديد من الأسماء الأخرى، مثل: بحيرة جينيسارت، وبحر جينوسار. تُحيط بالبحيرة تلالٌ من كلّ الجوانب؛ فمن الغرب يقع جبل أربيل، ومن الشرق تُحيط بها مُرتفَعات الجولان، وهي بحيرة حُلوة، وذلك بسبب وجود العديد من الينابيع المعدنيّة التي تُغذِّي البحيرة، كما يُعَدُّ نهر الأردنّ المنفذ الرئيس لها، وتمتدُّ البحيرة على مساحة 166 كم ² ، ويبلغ مُتوسّط
وصفة لحل تساقط الشعر

وصفة لحل تساقط الشعر

وصفات طبيعية لحل مشكلة تساقط الشعر يوجد العديد من الوصفات التي يمكن تحضيرها بسهولة في المنزل، والتي تساهم في الحد من مشكلة تساقط الشعر، وفيما يأتي أبرزها: الزيوت الأساسية وفيما يأتي أبرز الزيوت الأساسية التي يمكن تطبيقها على الشعر للحد من تساقطه: زيت الزيتون يساعد مركب الفينول الموجود في زيت الزيتون على تعزيز نمو الشعر وتغذيته، وللاستفادة منه يمكن اتباع الطريقة التالية: المكونات زيت الزيتون البكر قدر الحاجة. طريقة التحضير سخّن الزيت لبضع ثوانٍ وضعه على فروة رأسك. دلك فروة رأسك بالزيت لمدة 4-5
ترتيب سور القرآن حسب المصحف

ترتيب سور القرآن حسب المصحف

ترتيب سور القرآن حسب المصحف إنّ الترتيب الذي عليه القرآن الكريم حالياً هو ذات الترتيب الذي حصل زمن النبي محمد عليه الصلاة والسلام، فكان النبي يأمر كتّاب الوحي بكتابة الآية القرآنية في مكانٍ معينٍ وفي سورةٍ معينةٍ، كما أنّ النبي -عليه الصلاة والسلام- عرض القرآن على جبريل -عليه السلام- في العام الذي مات فيه بذات الترتيب، فكانت ترتيب السور على النحو الآتي: الفاتحة، ثمّ البقرة، فآل عمرآن، فالنساء، المائدة، الأنعام، الأعراف، الأنفال، التوبة، يونس، هود، يوسف، الرعد، إبراهيم، الحجر، النحل، الإسراء،