Научная статья на тему 'Краевые задачи для обобщенного уравнения влагопереноса'

Краевые задачи для обобщенного уравнения влагопереноса Текст научной статьи по специальности «Математика»

CC BY
115
28
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
УРАВНЕНИЕ ВЛАГОПЕРЕНОСА АЛЛЕРА ЛЫКОВА / ДРОБНАЯ ПРОИЗВОДНАЯ РИМАНА ЛИУВИЛЛЯ / МЕТОД ФУРЬЕ / АПРИОРНАЯ ОЦЕНКА / TRICOMI PROBLEM / PARABOLIC-HYPERBOLIC EQUATION / NON-CHARACTERISTIC PLANE / FOURIER TRANSFORM / MAXIMUM PRINCIPLE / APRIORI ESTIMATE / UNIQUENESS / EXISTENCE / SYSTEM OF INTEGRAL EQUATIONS

Аннотация научной статьи по математике, автор научной работы — Геккиева С.Х., Керефов М.А.

При математическом моделировании сплошных сред с памятью возникают уравнения, описывающие новый тип волнового движения, занимающего промежуточное положение между обычной диффузией и классическими волнами. Имеются в виду дифференциальные уравнения дробного порядка, которые являются основой большинства математических моделей, описывающих широкий класс физических и химических процессов в средах с фрактальной геометрией. В работе представлено качественно новое уравнение влагопереноса, которое является обобщением уравнения Аллера Лыкова. Рассмотрена первая краевая задача для уравнения Аллера Лыкова с дробной производной Римана-Лиувилля. Для доказательства единственности решения методом энергетических неравенств получена априорная оценка в терминах дробной производной Римана Лиувилля. Существование решения задачи доказано методом Фурье

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE BOUNDARY VALUE PROBLEM FOR THE GENERALIZED MOISTURE TRANSFER EQUATION

In mathematical modeling of continuous media with memory, we deal with equations that describe a new type of wave motion, something between ordinary wave diffusion and classical wave propagation. There are fractional differential equations, which are the basis for the most mathematical models describing a wide class of physical and chemical processes in the fractal geometry of the Nature. The paper presents a new moisture transfer equation with a fractional Riemann Liouville derivative that generalize the Aller Lykov equation. The first boundary value problem for the generalized moisture transfer equation is considered. To prove the uniqueness of a solution we employ the energy inequalities method; an a priori estimate is obtained in terms of the fractional Riemann Liouville derivative. The existence of the solution for the problem is proved by the Fourier method.

Текст научной работы на тему «Краевые задачи для обобщенного уравнения влагопереноса»

Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2018. № 1(21). C. 21-31. ISSN 2079-6641

DOI: 10.18454/2079-6641-2018-21-1-21-31

УДК 517.95

КРАЕВЫЕ ЗАДАЧИ ДЛЯ ОБОБЩЕННОГО УРАВНЕНИЯ ВЛАГОПЕРЕНОСА

С.Х. Геккиева1, М. А. Керефов2

1 Институт прикладной математики и автоматизации КБНЦ РАН, 360000, г. Нальчик, ул. Шортанова, 89 А

2 Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова, 360004, г. Нальчик, ул. Чернышевского, 173

E-mail: gekkieva_s@mail.ru, kerefov@mail.ru

При математическом моделировании сплошных сред с памятью возникают уравнения, описывающие новый тип волнового движения, занимающего промежуточное положение между обычной диффузией и классическими волнами. Имеются в виду дифференциальные уравнения дробного порядка, которые являются основой большинства математических моделей, описывающих широкий класс физических и химических процессов в средах с фрактальной геометрией. В работе представлено качественно новое уравнение влагопереноса, которое является обобщением уравнения Аллера - Лыкова. Рассмотрена первая краевая задача для уравнения Аллера - Лыкова с дробной производной Римана - Лиувилля. Для доказательства единственности решения методом энергетических неравенств получена априорная оценка в терминах дробной производной Римана -Лиувилля. Существование решения задачи доказано методом Фурье.

Ключевые слова: уравнение влагопереноса Аллера - Лыкова, дробная производная Римана - Лиувилля, метод Фурье, априорная оценка.

(с) Геккиева С.Х., Керефов М.А., 2018

Введение

Настоящая работа посвящена исследованию обобщенного уравнения влагопереноса Аллера - Лыкова

ci Dgw + D«t-1," = "xx + C2DT1 u"xx + f (x, t), (1)

где - оператор дробного интегро-дифференцирования Римана - Лиувилля [1, с. 9], 1 < а < 2, c1, c2 = const > 0.

Такого рода уравнения в локальной постановке (а = 2) рассматривались в работах многих авторов (например, [2, 3]). Отметим работу [4], в которой исследовано уравнение влагопереноса Аллера - Лыкова с дробной производной. Для уравнения (1) рассмотрим первую краевую задачу.

Задача 1. Найти решение u(x, t) уравнения (1) в области QT = {(x, t) : 0 < x < l, 0 < t < T}, удовлетворяющее краевым условиям

u(0, t) = u(1, t) = 0, 0 < t < T, (2)

и начальным условиям

lim Я«-2u(x, t) = T(x), lim D«-1 u(x, t) = v (x), 0 < x < l, (3)

где t(x), v(x) - заданные функции.

Единственность решения задачи

Пусть существует решение исследуемой задачи. Тогда справедлива следующая теорема.

Теорема 1. Пусть f (х,г) е С (2Г), V(х) е С[0,1], т(х) е С2[0,1] всюду на 2Г и выполнено условие т(0) = т(1) = 0, тогда для решения задачи (1)-(3) справедлива априорная оценка

оГЧ12 + К-1"*||*а + К-1"И2,а < M(t)(IIf 112^ + KWlß + ||v(x)||2) . (4)

Доказательство. Аналогично [5], введем новую неизвестную функцию у(х,г), полагая

г а-2

и(х ?) = ?) + Г(а _ 1)т (х)

так, что у(х,г) представляет собой отклонение функции м(х,г) от известной функции Г(а_1)т (х).

Известно [6, с. 15], что для степенных функций справедливы формулы дробного интегрирования и дифференцирования: В^?а_2 = 0, -О^-1?а_2 = 0. Поэтому получим

С1V + 1 у _ ухх _ С2В0Г1 ухх = = Дх,0 _ (с,Во«+ -Г _ ^ _ С2°„Г1 т(х)) =

t а-2

= f (x>') + Г(0-2Г)T"(x)

Итак, функция у(х,?) будет определяться, как решение уравнения

С^у + Я«-1у- ухх- = ^(х,I), 0 < X < I, 0 < I < Т, (5)

удовлетворяющее начальным условиям

limD0«r2v(x, t) = т(x) - rg^lim D0«-2t«-2 ла-1v/v _ v(x\__т(x) iim n«-1 ta-2 —

(6)

limt) = v(x) - lim«-2 = v(x) и граничным условиям

v(0, t)= v(i, t)= 0, 0 < t < T, (7)

a—2

где F (x, t) = f (x, t) + f{a-Tyт"(x).

Умножив уравнение (5) скалярно на получим априорную оценку в терминах

дробной производной Римана - Лиувилля:

(ciDtv,D0at-1v) + (Dor 1v,D£-1v) - (vxx,Dor 1v) - 1 Vxx,D0«-1v) = (F,D0«-1v), (8)

i 2 где (u,v) = /uvdx, (u,u) = ||и||о. 0

Преобразуем слагаемые тождества (8) с учетом (6), (7):

i 2 t t n«vn«-iv) = í 1 di í v(xт)dт 1 ^ /líxiTl^i^r= D0t Vj = У Г(2 - a) W (t - т) «-1 Г(2 - a) dt J (t - т) dx =

i

= 1 í д (Da-1V)2dx = 1 ^ ||Da-1VH2

= 2 У дt^0t ^ dx = 2 дtl|D0t У|0,

0

Da-1y Da-M - llDa-1уН2 D0t y D0t V — IlD0t y||0 '

l t

y- —-by M t) dtdx—

xx^0t V -Г(2 - а) J "xx^ >dtj (t - T) a—1

00

l t r(2^—aö/yx (xt) dt/ f-^dx,

i t t

'ot yxx, Dot _

D«—Dtm - I ^ í fXX(X, ^ ^ . lí dx:

Г(2 - a) dtj (t - t) a—1 Г(2 - a) dtj (t - t) a—1

- - КгЧЦ2,

(F,D0at-1y) < ¿ ||F||0 + e ||D«-1v|0 • 23

С учетом полученных неравенств из (8) получим

i

Cl д ||n«-lv||2 + HD«-1vH2 + 1 ¡v (xt) д í Vx(x'T T + ro HD«-1v ||2<

ydt||D° v||° + ||D° v||0 + гг2-0о/vx(x'0dti (t-т)«-1+C2||D° Vx||°-

< ¿ IIF||2 + с ||D«-1vn0. (9)

Проинтегрируем (9) по т от 0 до t:

t t i т

К-Ч|2 + /K-1v(x т )||°d т + / Л / „(*, т) dT /

+C2 / |K"4(x,dT < 4L ||F+ ef |Dg-1v(x,T)||0dT + ^ K-1v(x,0)||2

Усилив последнее неравенство, учитывая неотрицательность интеграла, стоящего в левой части этого неравенства [1, с. 43], получим

С1 К-Н|2 + 2С2 К-Ч||2>а + 2С1 К-Ч|2>а - ¿ II f Il2,& + C1 llv(x)|l2,

где

t

•>a-1„||2 _ / Упa-^ ^А||2лт ^ _ 1_ £

D5-1v|2q = K^^ t )|2 dT, ei =

Откуда следует оценка

ID;-1v|L2 + IIDT4IlL + М-М|2,а <M(t)(||F||2,ßi + ||v(*)||2

0t 4lo + 11 0t Kx||2,Qt + 11 0t

или, возвращаясь к м(х,?), получим (4), откуда следует единственность решения задачи (1)-(3). □

Существование решения задачи

Пусть в уравнении (1) f(х,г) = 0. Справедлива следующая теорема.

Теорема 2. Пусть т(х) е С3[0,1], V(х) е С2[0,1] и выполнены условия согласования

т (0) = т (1) = т" (0) = т" (1) = 0, V (0) = V (1) = 0.

Тогда функция, определяемая рядом

ф,t) = £ ( (vk + aTk),« 1 £ Ю( s) r(n + s( а - 1) + а) +

+Tkt а 2Г( а - 1) £ VI.,---— sin VAx, (10)

k n=o s=oV s) Г (n + s( a - 1) + a- 1) ' ' v 7

t

t

i i ,9

где Tk = f / т(x) sin (f) xdx, vk = f / v(x) sin (f) xdx, a = , b = A, A = Ak = (f)2, 0 0 11 k = 1,2,..., 1 < a < 2, представляет непрерывную функцию при t > 0, дифференцируемую

нужное число раз и являющуюся решением уравнения

ciDtu + D«-1u = Uxx + C2D«-1uxx, 0 < x < i, 0 < t < T, (11)

которая удовлетворяет условиям (2), (3).

Доказательство. Для решения задачи применим метод Фурье, т. е. найдем в области Qt класс нетривиальных решений уравнения (11), удовлетворяющих граничным условиям (2) и представимых в виде

u(x, t )= X (x)T (t). (12)

Подставляя предполагаемую форму решения (12) в уравнение (11), получим:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

X" + A X = 0, X (0) = 0, X (i ) = 0, (13)

D&T + + bT = 0, (14)

где a = , b = f, A = const.

cl С1

Как известно, решение спектральной задачи (13) имеет вид

Xk (x) = sin(y*) , A = = (y) 2, k = 1, 2,.... (15)

Из (14) получим [6, с. 15]:

t

b

Tk (t ) + | Tk (t)

0

a +

Г( a)(t - t )1- a_

d t - f (t), (16)

где f (t) = Г-) (vk + arO + rg-TJTk, limDa 2Tk(t) = Tk, limD« 1Tk(t) = vk.

Применим к (16) теорию интегральных уравнений Вольтерра. Вводя обозначение

Ki(t,т) = ( a + ^^, 0 < т < t < T, 0, t < т < T,

и определяя далее последовательность ядер {Kn(t,тпосредством рекуррентных соотношений

t

чг—

т

последовательно находим

kn(t, t ~) — j kn-1 (t, t1) k (t1, t) dt1,

2, ч .ab(t - T)a b2(t - t)2 a-1

K2(t,T) - a2(t - T) + 2 arfen) + (r(2«) ,

^ ^2 , Ak2(t - T)a+^„,2^k(t - T)2 a , . (t - T)3 a-1

K3 (t, T) - a3(t - T)2 + 3a2b^-+ 3ab2-^-+ b3

Г( a + 2) Г(2 a + 1) Г(3 a)

и т. д.

Легко видеть, что

Kn+1(t, тs=0

0, t < т < T,

"+Y n + М a»+i-sbs (t-т)n+s(a-1) ^ т < t < T ¿Д s )а b r(n+1+s(а-1)), 0 < Т < t < T

где I П + 1 | = ^ !(П+~1_ 1) ! . Отсюда для резольвенты уравнения (16) имеем формулу

R(t, т, А ) = £(-1)nK„+1(t, т ) =

n=0

? ( 1)"ИК1 ( п + 1 ) д"+1_'У (г_т)и+1(а-1) 0< т < г < Т

и=0 (_1) М 1 / Ь Г(п+1+1(а_1)), 0 < т < г < Т ,

0, г < т <Т.

Таким образом, интегральное уравнение (16) имеет единственное решение, представимое в виде:

T(t)= f (t) -jR(t, т, А)f (t)dт =

= (Vk + атк)

t а-1 , 1ЛИ+1 n+V n + M an+1-sbstn+s(а-1)+а

+ у (_ 1)n+1 у Г( а) n=0( ) stcV s у Г(n + s(а - 1) + а+ 1)

+

+тк

tа-2 , ^ , +1П+V n + 1 an+1-sbstn+s( а-1)+а-1

+ У(-1)И+1У

Г( а _ 1) п=0 1=0 V 1 / Г (п +1(а _ 1) + а)

Возвращаясь к задаче (11), (2), (3), заключаем, что функции

Мк (х, г) = X (х)Т (г) =

/ n 1 an-sbstn+s( а-1)

(vk + атк)^-1 Е £ (-1)ч^ пп+ьь+г

~ » / n \ an-sbstn+s(а-1) \ . / nk

' а2 Е £(-1) U) Г (n + s( а - 1) + а- 1) s,4Г

те n

являются частными решениями уравнения (11), удовлетворяющими граничным условиям (2), что проверяется непосредственной подстановкой.

Обратимся теперь к решению задачи (11), (2), (3) в общем случае. Составим ряд

М(х, г) = £ Мк (х, г) = £х*(х)Т*(г). (17)

к=1

Функция м(х, г) удовлетворяет граничным условиям, так как им удовлетворяют все члены ряда (17). Требуя выполнения начальных условий (3), получаем:

•> а_Л _ 1;™ ^ V. (лл — V V. /^м;™ п а_2^

limD0T2u(x, t) = lim £ Tk (t)Xk (x) = £ X (x) limD«-2Tk (t) =

t 0 t 0 t 0 k=1 k=1

£ Xk <x)Tk = £Tk fx) = г (x),

k=1 k=1

п k

limD«-1u(x, t) = £ Xk(x) limD^T^i) = £ (x)v* = £ Vk sin —;

t^0 k=i t^0 k=i k=i V 1

Таким образом, в силу (15) получена разложимость начальных функций в следующие ряды Фурье по синусам:

х /nk \ х /п k \

т (x) = £ Tk sin ^ —xj , v (x) = £ Vk sin —xj . (18)

Условие (18) является необходимым условием разрешимости задачи (11), (2), (3) в классе функций, представимых в виде ряда (17). Представления (18) имеют место тогда и только тогда, когда

т (0) = т (i), v (0) = v (i), i i Tk = 2 j т(x) sin ( ^kx j dx, vk = у J v (x) sin ( ^k j xdx. 00 Как известно из теории рядов Фурье [7, с. 696], если функция т(x) имеет непрерывные производные до третьего порядка и удовлетворяет условиям т(0) = т(i) = т"(0) = т"(1) = 0, а v(x) имеет непрерывные производные до второго порядка и v(0) = v(1) = 0, то представленная формулой (17) функция u(x,t) будет обладать необходимыми производными, которые могут быть вычислены дифференцированием почленно в правой части (17).

Для обоснования метода Фурье нам понадобится лемма об асимптотических

х k

свойствах функции типа Миттаг-Леффлера Ep(z; Д) = £ —(—z _п [8, с. 136].

k=0 Г(Д+kp )

Лемма 1. Пусть p > у, д - вещественная постоянная и а1 - фиксированное число из интервала ^ур, min jп, ppj^. Тогда справедливы следующие оценки:

1. Если | argz| < а1 и |z| > 0, то

|Ep (z; д )|< M1 (1 + |z|)p (1-Д) eRezP + ^h.

1 + |z|

2. Если а < | argz| < п и |z| > 0, то

Г М ^ М2

\ер(г;м)\ < тти,

где Мт и М2 - постоянные, не зависящие от г. Продолжим обоснование Метода Фурье.

Покажем, что ряд (17) и ряды производных -О^и, О^-1", ихх, —а-1"**, которые получаются из него, будут равномерно сходиться.

Для доказательства равномерной сходимости ряда (17) будем использовать известные оценки коэффициентов Фурье [7, с. 647] и свойства гамма-функции. Получим следующее соотношение:

|uk | <

a1 ^ ^ / / n \ an-sbstn+s(a-1)

х n

(vk + ^k) t а-1 £ £ (-1)„

n=0 s=0

s J Г(„ + s( а - 1) + а)

+

+

w а-2у £(-1)'

n=0 s=0

^n-sbstn+s( а-1)

s J Г(п + s( а - 1) + а- 1)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

<

<, а-1M3 "t k2

те (1 + a-1bt а-1)n

у (-at)" У + ' j ,

n=0 Г (n + S0(а - 1) + а)

+1 а-1M +t k2

те И + a-1btn

У (-at)" у + ' j ,

n=0 Г (n + S0( а - 1) + а)

+

+t а-2 M +t k2

(1 + a-1bt а-1)'

n=0( at) Г (n + s 1 ( а - 1) + а- 1)

= t

1

Мб k2

те [- (at + btа)]n n=0 Г (n + s0(а - 1) + а)

+ t а-2 M +t k2

те [- (at + bt а)]n ¿0 Г (n + s1( а - 1) + а- 1)

= tа-1 § IE [- (at + bt а);s0 а + а] | +1а-2M |E [- (at + bt а);s1 (а - 1) + а - 1] |,

к2

где фиксированные 10, 11 е N такие, что

1

Г (n + s0 (а - 1) + а) s=0^ \ Г (n + s( а - 1) + а) /'

Г (n + s1( а - 1) + а - 1) Sgl Г (n + s( а - 1) + а - 1)

Рассмотрим ряд

У (tа-1 МбE1 [- (at + bt а); а] +1 а-2М5E [- (at + bt а); а - 1] ).

k=1

Используя вторую оценку из леммы 1, получим

M6M2tа-1 M5M2t

|Uk | < г, . ,-"^Т^ +

2

(19)

к2 [1 + |аг + Ьг а |] к2 [1 + |аг + Ьг а |]'

откуда следует равномерная сходимость ряда (15).

Из сходимости мажорантного ряда, имеющего порядок , следует и равномерная сходимость ряда (19), а значит и ряда (17) при г > г0 > 0, где г0 - любое число. Равномерная сходимость рядов

D«u(x, t) - У Dt Uk, Dt u(x, t) - У Dt Uk, k=1 k=1

те 2 те

(x, t) - у ddX2k, D Oj-1Uxx(x, t) - уя?"1^

k=1

k=1

доказывается аналогично, и отсюда следует возможность почленного дифференцирования ряда (17) и применения обобщенного принципа суперпозиции, т. е. функция м(х,г), определяемая рядом (17), а значит и (10), удовлетворяет уравнению (11). Теорема доказана. □

n

1

1

1

и

Заключение

Полученные результаты могут стать основой для постановки и исследования новых краевых задач для обобщенного уравнения влагопереноса, а также послужат основой для развития теории краевых задач для дифференциальных уравнений, лежащих в основе математического моделирования физических и природных систем с фрактальной структурой.

В работе рассмотрены вопросы однозначной разрешимости краевой задачи для уравнения Аллера - Лыкова с дробной производной Римана - Лиувилля. В развитие рассматриваемой тематики актуальными остаются вопросы построения разностных схем для обобщенного уравнения влагопереноса Аллера - Лыкова, рассмотрение задач с нелокальными граничными условиями, а также проведение численных расчетов

Список литературы

[1] Нахушев А. М., Дробное исчисление и его применение, Физматлит, М., 2003, 272 с. [Nahushev A. M., Drobnoe ischislenie i ego primenenie, Fizmatlit, M., 2003, 272 pp.]

[2] Архестова С. М., Шхануков-Лафишев М. Х., "Разностные схемы для уравнения влагопереноса Аллера - Лыкова с нелокальным условием", Известия КБНЦ РАН, 2012, №3, 7-16. [Arhestova S. M., Shhanukov-Lafishev M. H., "Raznostnye shemy dlja urav-nenija vlagoperenosa Allera - Lykova s nelokal'nym usloviem", Izvestija KBNC RAN, 2012, №3, 7-16].

[3] Лафишева М. М., Керефов М. А., Дышекова Р. В., "Разностные схемы для уравнения влагопереноса Аллера - Лыкова с нелокальным условием", Владикавказский математический журнал, 19:1 (2017), 50-58. [Lafisheva M. M., Kerefov M. A., Dyshekova R. V., "Raznostnye shemy dlja uravnenija vlagoperenosa Allera - Lykova s nelokal'nym usloviem", Vladikavkazskij matematicheskij zhurnal, 19:1 (2017), 50-58].

[4] Геккиева С. Х., "Первая краевая задач для уравнения влагопереноса Аллера - Лыкова с дробной по времени производной", Устойчивое развитие: проблемы, концепции, модели, Материалы Всероссийской конференции с международным участием, 2017, 99-102. [Gekkieva S. H., "Pervaja kraevaja zadach dlja uravnenija vlagoperenosa Allera -Lykova s drobnoj po vremeni proizvodnoj", Ustojchivoe razvitie: problemy, koncepcii, modeli, Materialy Vserossijskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem, 2017, 99-102].

[5] Керефов М. А., Геккиева С. Х., "Первая краевая задача для неоднородного нелокального волнового уравнения", Вестник Бурятского государственного университета. Математика, информатика, 2016, №4, 76-86. [Kerefov M. A., Gekkieva S. H., "Pervaja kraevaja zadacha dlja neodnorodnogo nelokal'nogo volnovogo uravnenija", Vestnik Bur-jatskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika, informatika, 2016, №4, 76-86].

[6] Псху А. В., Уравнения в частных производных дробного порядка, Наука, М., 2005, 199 с. [Pshu A. V., Uravnenija v chastnyh proizvodnyh drobnogo porjadka, Nauka, M., 2005, 199 pp.]

[7] Смирнов В. И., Курс высшей математики. Т. 2, БХВ-Петербург, СПб., 2008, 848 с. [Smirnov V. I., Kurs vysshej matematiki. V. 2, BHV-Peterburg, SPb., 2008, 848 pp.]

[8] Джрбашян М. М., Интегральные преобразования и представления функций в комплексной области, Наука, М., 1966, 672 с. [Dzhrbashjan M. M., Integral'nye preo-brazovanija i predstavlenija funkcij v kompleksnoj oblasti, Nauka, M., 1966, 672 pp.]

Список литературы (ГОСТ)

[1] Нахушев А. М. Дробное исчисление и его применение. М. Физматлит. 2003. 272 с.

[2] Архестова С. М., Шхануков-Лафишев М. Х. Разностные схемы для уравнения влагопереноса Аллера - Лыкова с нелокальным условием // Известия КБНЦ РАН. 2012. №3. С. 7-16.

[3] Лафишева М. М., Керефов М. А., Дышекова Р. В. Разностные схемы для уравнения влагопереноса Аллера - Лыкова с нелокальным условием // Владикавказский математический журнал. 2017. Т. 19. №1. С. 50-58.

[4] Геккиева С. Х. Первая краевая задач для уравнения влагопереноса Аллера - Лыкова с дробной по времени производной // Материалы Всероссийской конференции с международным участием. Устойчивое развитие: проблемы, концепции, модели. 2017. С. 99-102.

[5] Псху А. В. Уравнения в частных производных дробного порядка. М.: Наука, 2005. 199 с.

[6] Керефов М. А., Геккиева С. Х. Первая краевая задача для неоднородного нелокального волнового уравнения // Вестник Бурятского государственного университета. Математика, информатика. 2016. №4. С. 76-86

[7] Смирнов В. И. Курс высшей математики. Т. 2. СПб.: БХВ-Петербург, 2008. 848 с.

[8] Джрбашян М. М. Интегральные преобразования и представления функций в комплексной области. М.: Наука, 1966. 672 с.

Для цитирования: Геккиева С. Х., Керефов М. А. Краевые задачи для обобщенного уравнения влагопереноса // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2018. № 1(21). C. 21-31. DOI: 10.18454/2079-6641-2018-21-1-21-31

For citation: Gekkieva S. Kh., Kerefov M. A. The boundary value problem for the generalized moisture transfer equation, Vestnik KRAUNC. Fiz.-mat. nauki. 2018, 21: 1, 21-31. DOI: 10.18454/2079-6641-2018-21-1-21-31

Поступила в редакцию / Original article submitted: 28.12.2017

В окончательном варианте / Revision submitted: 16.03.2018

Vestnik KRAUNC. Fiz.-Mat. Nauki. 2018. no.1(21). pp. 21-31. ISSN 2079-6641

DOI: 10.18454/2079-6641-2018-21-1-21-31

MSC 35E99

THE BOUNDARY VALUE PROBLEM FOR THE GENERALIZED MOISTURE TRANSFER EQUATION

S. Kh. Gekkieva1, M. A. Kerefov2

1 Institute of Applied Mathematics and Automation of Kabardin-Balkar Scientific Center of RAS, 360000, Nalchik, Shortanova st., 89 A, Russia

2 Kabardino-Balkarian State University named after H. M. Berbekov, 360004, Nalchik, Chernyshevsky st., 173, Russia

E-mail: gekkieva_s@mail.ru, kerefov@mail.ru

In mathematical modeling of continuous media with memory, we deal with equations that describe a new type of wave motion, something between ordinary wave diffusion and classical wave propagation. There are fractional differential equations, which are the basis for the most mathematical models describing a wide class of physical and chemical processes in the fractal geometry of the Nature. The paper presents a new moisture transfer equation with a fractional Riemann - Liouville derivative that generalize the Aller - Lykov equation. The first boundary value problem for the generalized moisture transfer equation is considered. To prove the uniqueness of a solution we employ the energy inequalities method; an a priori estimate is obtained in terms of the fractional Riemann - Liouville derivative. The existence of the solution for the problem is proved by the Fourier method.

Key words: Tricomi problem, parabolic-hyperbolic equation, non-characteristic plane, Fourier transform, maximum principle, apriori estimate, uniqueness, existence, system of integral equations.

@ Gekkieva S. Kh., Kerefov M.A., 2018

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.