Математическая физика

Рассматриваются проблемы глобальной и локальной разрешимости, как в классическом, так и в сильном и слабом обобщенном смыслах, широких классов задач Коши и начально-краевых задач для линейных и нелинейных уравнений в частных производных высоких порядков, включая псевдопараболические уравнения и уравнения соболевского типа. В случае локальной разрешимости для ряда классов задач получены двусторонние оценки времени разрушения решений. Помимо аналитических методов предложены и реализованы численные методы исследования свойств решений конкретных задач. Книга адресована специалистам в области дифференциальных уравнений и математической физики, а также аспирантам и студентам старших курсов соответствующих специальностей. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 06-0114022д, 06-01-02008эд

Описаны точные аналитические методы решения нелинейных уравнений математической физики. Наряду с классическими методами представлены также новые методы, которые интенсивно развивались в последнее время (неклассический метод поиска симметрий, прямой метод Кларксона–Крускала, метод дифференциальных связей, метод обобщенного разделения переменных и другие). Во всех разделах рассматриваются примеры использования методов для построения точных решений конкретных нелинейных дифференциальных уравнений. Исследуются уравнения тепло- и массопереноса, гидродинамики, теории волн, нелинейной акустики, теории горения, нелинейной оптики и др. Приведены многочисленные задачи и упражнения, позволяющие получить практические навыки применения рассматриваемых методов. Для широкого круга научных работников, преподавателей вузов, инженеров, аспирантов и студентов, специализирующихся в различных областях прикладной математики, механики и физики. Ее теоретический материал и упражнения могут быть использованы в курсах лекций по уравнениям математической физики, для чтения спецкурсов и для проведения практических занятий.

В книге рассматриваются задачи оптимизации систем полулинейных гиперболических уравнений при различных формах управляемых начально-краевых условий. Доказаны неклассические условия оптимальности граничных и стартовых управляющих воздействий, принадлежащих разным функциональным классам. Предложен новый подход к исследованию задач в нетрадиционном классе гладких допустимых управлений. Построены и обоснованы эффективные методы решения задач. Приведены результаты численных расчетов. Для специалистов в области системного анализа, теории и методов оптимального управления дифференциальными уравнениями с частными производными, обратных задач математической физики, прикладных оптимизационных задач экологии, экономики и техники, а также для аспирантов и студентов соответствующих специальностей. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 06-01-14013 (д)

В монографии изложены методы алгебры логики, теория R-функций (функций В.Л. Рвачева), атомарных функций и вейвлетов. В первых двух главах описан алгебрологический метод R-функций и некоторые примеры его применения к решению краевых задач. Третья глава посвящена применению теории атомарных функций к современным проблемам радиофизики. В четвертой главе построен новый класс WА-систем функций Кравченко-Рвачева и исследовано его применение к задачам обнаружения кратковременных знакопеременных и сверхширокополосных процессов. Монография рассчитана на специалистов, интересующихся современными методами вычислительной математики и ее приложениями к решению краевых задач, цифровой обработкой сигналов и изображений, проблемами современной радиофизики и электроники, математического моделирования физических процессов, а также на студентов и аспирантов ВУЗов, специализирующихся по прикладной и вычислительной математике, прикладной физике и радиофизике. Рекомендовано УМО высших учебных заведений РФ по образованию в области прикладных математики и физики в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений по направлению «Прикладная математика».

Посвящена систематическому изложению результатов аксиоматического направления в квантовой теории поля. Часть I содержит необходимые сведения из функционального анализа и теории обобщенных функций, а также элементы теории функций нескольких комплексных переменных. Центральное место (части II—IV) занимают различные подходы в аксиоматической квантовой теории поля – алгебраический подход, формализмы Уайтмана и Лемана-Симанзика-Циммермана, S-матричный метод. Здесь изложены фундаментальные результаты квантовой теории поля —TCP-теорема, связь спина со статистикой, теорема Хаага, теорема Голдстоуна и др. Включены разделы, посвященные теориям с индефинитной метрикой. Общая теория проиллюстрирована на явно решаемых двумерных моделях. Часть V содержит применения развитого аппарата к аналитическим свойствам амплитуд рассеяния и к теории взаимодействия элементарных частиц при высоких энергиях. Многочисленные упражнения составляют неразрывную часть текста. Для научных работников, аспирантов и студентов, специализирующихся по квантовой теории поля и математической физике.

Изучаются проблемы аналитической динамики вихревых образований в жидкости и волн на воде в лагранжевых переменных. Приведен обзор всех известных примеров лагранжевого описания движений жидкости. Предложены новые подходы к исследованию распределенных вихревых течений, основанные на использовании комплексных функций (плоские движения) и матрицы Якоби (пространственные движения). Найдены и проанализированы классы точных решений уравнения Эйлера. Рассмотрены их приложения для описания конкретных типов движений: одиночного плоского вихря, пары вихрей, вихревых шнуров во вращающейся жидкости и т.д. Для изучения волн на воде предложен метод модифицированных лагранжевых координат. На его основе построена слабонелинейная теория вихревых волн на воде. Найдены и исследованы свойства волновых возмущений, распространяющихся на поверхности сдвигового потока, трехмерных вихревых волн (пространственных волн Гуйона), стоячих вихревых волн и пакета волн в слабозавихренной жидкости. Дан вывод новой формы уравнений движения несжимаемой вязкой жидкости в переменных Лагранжа. Книга рассчитана на специалистов в области гидромеханики, теоретической физики, математики, а также на аспирантов и студентов.

В монографии изложены новейшие достижения в области аналитического и компьютерного моделирования механических процессов в конденсированном веществе с микроструктурой. Подробно обсуждаются как методы компьютерного моделирования, так и теоретические основы описания процессов деформирования и разрушения. Подходы, рассматриваемые в книге, особенно важны для описания процессов, при которых происходит нарушение сплошности материала, а также при переходе на масштабные уровни, на которых существенным оказывается учет атомарного строения вещества, в частности, для описания наноструктур. Монография содержит как оригинальные результаты автора, так и необходимые сведения учебного характера из соответствующих разделов механики. Книга основана на материалах, опубликованных автором в последние годы в российских и зарубежных издательствах. Для научных сотрудников, преподавателей, аспирантов и студентов вузов, обучающихся по физическим и математическим специальностям.

Эта книга представляет собой публикацию диссертации выдающегося физика-теоретика Вадима Львовича Березинского. В.Л. Березинскому принадлежит открытие в двумерных системах низкотемпературной фазы нового типа (фазы Березинского), необычным свойством которой является то, что корреляции спадают степенным образом, несмотря на отсутствие дальнего порядка. Также Березинский обнаружил важную роль топологических конфигураций (вихрей) в фазовом переходе из этой фазы в высокотемпературную, характеризующуюся конечным корреляционным радиусом. В фазе Березинского вихри объединены в «молекулы», распад которых при критической температуре приводит к фазовому переходу. Книга предназначена научным сотрудникам, аспирантам и студентам старших курсов, специализирующимся по теоретической и математической физике.

Монография является расширенным и переработанным переизданием монографии автора «Стохастические уравнения глазами физика (Основные положения, точные результаты и асимптотические приближения)», М.: Физматлит, 2001. Материал для удобства пользования излагается в двух практически независимых томах. В первом томе на основе функционального подхода излагается теория стохастических уравнений (обыкновенные дифференциальные уравнения, уравнения в частных производных, краевые задачи и интегральные уравнения). Развитый подход позволяет получить точное решение стохастических задач для ряда моделей флуктуирующих параметров (телеграфный, обобщенный телеграфный процессы, марковские процессы с конечным числом состояний, гауссов марковский процесс и функции от этих процессов). Рассматриваются также асимптотические методы анализа стохастических динамических систем, такие как приближение дельта-коррелированного случайного процесса (поля) и диффузионное приближение. Добавлены разделы, посвященные динамическому и статистическому описанию простейших систем гидродинамического типа. Для научных работников, специализирующихся в областях акустики, гидродинамики, радиофизики, прикладной математики, теоретической и математической физики, имеющих дело со стохастическими динамическими системами, а также для студентов старших курсов и аспирантов. Монография подготовлена при поддержке РФФИ (проекты: 07-05-0006a, 05-05-64745a). Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 07-05-07002

Монография является расширенным и переработанным переизданием монографии автора «Стохастические уравнения глазами физика (Основные положения, точные результаты и асимптотические приближения)», М.: Физматлит, 2001. Материал для удобства пользования излагается в двух практически независимых томах. Во втором томе на основе общих методов, изложенных в первом томе, излагается теория когерентных явлений в стохастических динамических системах, происходящих с вероятностью единица, т. е. почти во всех реализациях случайных процессов. Рассматриваются такие явления, как кластеризация частиц и поля пассивной примеси в случайном поле скоростей, динамическая локализация плоских волн в слоистых случайных средах и образование каустической структуры волнового поля на основе скалярного параболического уравнения при распространении волн различной природы в многомерных случайных средах. На основе материала монографии значительно расширено изложение задач диффузии и кластеризации как безынерционной, так и малоинерционной пассивной примеси в различных средах и для различных условий. Рассмотрены также особенности статистического описания волнового поля в стохастических слоистых волноводах (на примере акустических волн в океане) и статистическое описание собственных функций и собственных значений стохастических волновых задач. В приложении к этому тому более подробно рассмотрено применение метода погружения к краевым волновым задачам. Книга предназначается для научных работников, специализирующихся в областях акустики, гидродинамики, радиофизики, прикладной математики, теоретической и математической физики, имеющих дело со стохастическими динамическими системами, а также для студентов старших курсов и аспирантов. Монография подготовлена при поддержке РФФИ (проекты: 07-05-0006a, 05-05-64745a). Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 07-05-07002

Книга посвящена экспериментальному исследованию связи квазиупорядоченной структуры турбулентного пограничного слоя с традиционно измеряемыми осредненными характеристиками течения в пограничном слое. Рассмотрен механизм периодического обновления течения в вязком подслое турбулентного пограничного слоя. Выявлено влияние высокого уровня турбулентности набегающего потока на интегральные характеристики турбулентного пограничного слоя. Исследовано влияние продольного градиента давления на коэффициент аналогии Рейнольдса в турбулентном пограничном слое с помощью разрушителей вихревых структур (РВС). Предложен способ измерения поперечного интегрального масштаба неоднородной турбулентности в пограничном слое. Рассмотрено влияние сжимаемости потока на величину допустимой высоты шероховатости. Приведена методика измерения параметров течения в пограничном слое с продольным градиентом давления в непосредственной близости от обтекаемой поверхности. Книга предназначена для широкого круга специалистов в области исследования турбулентных течений.

Рассмотрены различные классы обратных задач механики деформируемого твердого тела – ретроспективные, граничные, коэффициентные, геометрические, в которых по некоторой дополнительной экспериментальной информации о решении определяются коэффициенты дифференциальных операторов, начальные условия, граничные условия, геометрия внутренних дефектов (полостей, трещин). Излагаются постановки задач, основы общих подходов в теории обратных и некорректных задач, особенности итерационных схем и методов регуляризации при решении конкретных обратных задач теории упругости, акустики, вязкоупругости, электроупругости, теплопроводности. Представлены как схемы построения операторных уравнений с компактными операторами, так и методы доказательства теорем единственности, предложены различные способы построения приближенных решений, представлены численные результаты на основе методов регуляризации. Для научных и инженерно-технических работников в области механики деформируемого твердого тела, численных методов, дефектометрии, геофизики, экспериментальной механики, для студентов старших курсов и аспирантов, специализирующихся по направлениям «механика», «прикладная математика». Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 06-01-14041

Излагаемый учебный курс описывает методы решения нескольких важных задач математической физики. Книга составлена из семнадцати лекций, образующих семестровый курс. Теоретический материал иллюстрируется большим количеством задач. Рекомендовано Научно-методическим советом по математике Министерства образования и науки Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов вузов,обучающихся по специальности «Прикладная математика» и физико-химическим специальностям.

Монография посвящена математическим вопросам течений жидких сред в неклассических моделях конвекции. Выведены граничные условия на поверхности раздела и свободной границе. Исследована иерархия моделей конвекции в замкнутых объемах. Рассмотрены возможные постановки начально-краевых задач для модели изотермически несжимаемой жидкости с непостоянными коэффициентами переноса. Изучены групповые свойства уравнений различных моделей конвекции и найдены широкие классы точных решений. Излагаются результаты численных исследований конвективных течений в слабых силовых полях. Определены условия возникновения конвекции и изучена устойчивость стационарных течений. Книга будет полезной научным работникам, преподавателям, магистрам и аспирантам вузов, занимающимся конвективными течениями, дифференциальными уравнениями гидродинамики и вопросами устойчивости. В оформлении обложки использована фотография, предоставленная профессором В. С. Бердниковым. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 07-01-07024

Книга посвящена проблемам моделирования турбулентных потоков газа, несущих дисперсную примесь в виде твердых частиц. Особое внимание уделено рассмотрению различных столкновительных процессов («частица–частица», «частица–стенка», «частица–тело»), имеющих место в гетерогенных потоках. С использованием большого массива экспериментальных и численных данных предложены и верифицированы безразмерные критерии, отвечающие за наличие и интенсивность указанных взаимодействий. Детально рассмотрены характеристики турбулентных гетерогенных течений в каналах (трубах), а также вблизи обтекаемых тел и в пограничных слоях. Описаны и проанализированы результаты физического и математического моделирования потоков газа с твердыми частицами, полученные в последние годы как российскими, так и зарубежными исследователями. Для научных работников, занимающихся исследованиями газодинамики и тепломассообмена многофазных потоков, а также преподавателей, аспирантов и студентов высших учебных заведений.

Книга посвящена фундаментальным проблемам изучения свободных концентрированных вихрей. Рассмотрены возможности математического моделирования воздушных смерчей (торнадо). Впервые в отечественной и мировой практике ставится и решается задача физического (лабораторного) моделирования воздушных смерчей без использования механических закручивающих устройств. Рассмотрены вопросы генерации и устойчивости свободных вихрей, а также методы управления их характеристиками. Описаны возможности воздействия на вихревые атмосферные образования различных масштабов. Для научных работников, занимающихся исследованиями гидродинамики и тепломассообмена вихревых потоков, а также преподавателей, аспирантов и студентов высших учебных заведений.

Настоящее издание содержит около 200 задач, снабженных ответами. Для задач, отмеченных звездочкой, приведены решения. Рекомендовано УМО по классическому университетскому образованию в качестве учебного пособия по уравнениям математической физики для студентов высших учебных заведений, обучающихся по естественно-научным специальностям.

В книге рассмотрены краевые задачи для основных дифференциальных уравнений в частных производных второго порядка, изучение которых отвечает программе курса уравнений математической физики на факультетах математики и прикладной математики университетов. Основная часть изложения посвящена исследованию классических решений, обладающих достаточной гладкостью. Однако, для гиперболических и параболических уравнений рассмотрены и обобщенные решения краевых задач. К не вполне традиционным разделам относятся более подробное исследование систем дифференциальных уравнений, начальная задача для систем, корректных по Петровскому, и связанная с этим краткая теория преобразования Фурье. Книга рассчитана на студентов старших курсов классических и технических университетов, а также на математиков разных специальностей. Рекомендовано УМО по классическому университетскому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности направлению подготовки ВПО 010501 01050.62

Монография обобщает результаты исследований в области динамических процессов на поверхностях неоднородных, преднапряженных и электроупругих сред с прямолинейными и цилиндрическими границами. Приведены новые результаты в области исследования функционально-градиентных, упругих и пьезоактивных сред. Пристальное внимание уделено основным характеристикам поверхностных волн, а также динамической жесткости сред, обладающих сложными физико-механическими свойствами. При изложении динамики каждого типа среды приведены определяющие соотношения, представлены удобные для использования формулы, изложены методы численного исследования и численного восстановления функции Грина функционально градиентных сред. Результаты оформлены в виде графиков. Для специалистов в области механики, физики, акустоэлектроники и приборостроения, неразрушающего контроля и дефектоскопии, студентов и аспирантов соответствующих специальностей высших учебных заведений.

В монографии изложены основные идеи и методы, связанные с разработкой численных моделей в краевых задачах электродинамики СВЧ-диапазона, а также цифровой обработки сигналов и изображений. Она состоит из четырех глав. В первой и второй главах получены решения различных видов частотно-пространственных интегральных уравнений (ИУ) для планарных, квазипланарных структур, исследована дифракция электромагнитных импульсов на двух- и трехмерных металлических и диэлектрических телах, на щелях и отверстиях в идеально проводящем экране. В третьей главе представлены и обоснованы алгоритмы построения нового класса ортогональных вейвлетов Кравченко на основе атомарных функций (АФ) и новый метод численного дифференцирования, основанный на использовании WA-систем функций. В четвертой главе описаны конструкции ортогональных вейвлетов на основе АФ ha(x). Показаны преимущества нового класса аналитических вейвлетов Кравченко–Рвачева (АКР-вейвлетов) перед вейвлетами Добеши, Морле, Шеннона и других для анализа сверхширокополосных (СШП) сигналов. Представлен новый подход, основанный на комбинациях АФ в сочетании с классическими спектральными ядрами. Показано, что эти конструкции спектральных ядер, используемые при передаче и приеме информации, имеют преимущества перед уже известными в задачах спектрального анализа СШП сигналов. Для научных работников, аспирантов и студентов старших курсов радиофизических и радиотехнических специальностей, работающих в области вычислительной математики и физики.