Характеристика (в математике)
Характеристика (в математике)
Характеристика в математике, 1) целая часть десятичного логарифма.
2) Понятие теории дифференциальных уравнений с частными производными.
Х. дифференциального уравнения 1-го порядка ,???? (1)
где Р = P (x, y, z), Q = Q (x, y, z), R = R (x, y, z) - заданные функции, называются кривые, определяемые системой обыкновенных дифференциальных уравнений .???? (2)
Интегрируя систему (2), получают семейство характеристик j(x, y, z) = C1, y(x, y, z) = C2 (C1, C2 - произвольные постоянные) как совокупность кривых, касающихся в каждой своей точке вектора {P, Q, R}. Всякая интегральная поверхность уравнения (1) представляет собой геометрическое место Х., пересекающих некоторую кривую; уравнение такой поверхности может быть записано в виде F[j(x, y, z), y(x, y, z)] = 0, где F - некоторая функция двух переменных. Обратно, чтобы найти интегральную поверхность, проходящую через заданную кривую (см. Коши задача), достаточно построить геометрическое место Х., пересекающих эту кривую. Задача Коши имеет одно и только одно решение, если заданная кривая не является Х. Понятие Х. обобщается на случай дифференциального уравнения 1-го порядка с числом независимых переменных, большим двух.
Х. дифференциального уравнения 2-го порядка ???? (3)
были введены Г. Монжем (1784, 1795) как линии, вдоль которых удовлетворяется обыкновенное дифференциальное уравнение .???? (4)
Если уравнение (3) принадлежит к гиперболическому типу, то получаются два семейства Х. с уравнениями x(x, y) = C1 и h(х, у) = C2 (C1, C2 - произвольные постоянные); взяв x и h за новые аргументы, можно привести уравнение (3) к виду .
Для уравнения (3) параболического типа эти семейства совпадают; если выбрать аргумент h произвольно, то уравнение (3) приведется к виду .
Уравнение (3) эллиптического типа не имеет вещественных Х.; если записать решение уравнения (4) в виде x ? ih = C, то уравнение (3) преобразуется к виду .
Значения решения и вдоль Х. и значения ?и ?в какой-либо её точке полностью определяют значения этих производных вдоль всей линии [на этом основан т. н. метод Х. решения краевых задач для уравнения (3)]; для других линий такой связи нет. С другой стороны, значения u, ?и , заданные на линии, не являющейся Х., определяют значения решения вблизи этой линии; для Х. же это не так. Если два решения уравнения (3) совпадают по одну сторону от некоторой линии и различны по другую, то эта линия непременно является Х.
Если коэффициенты уравнения (3) зависят от u, ?и ?(квазилинейный случай), то Х., определяемые из уравнения (4), будут разные для разных решений. Имеются определения Х. и для уравнений и систем уравнений с частными производными любого порядка.
Лит. см. при ст. Уравнения математической физики.