intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

Tính chập suy rộng của các phép biến đổi tích phân Fourier consine và kontorovich-lebedev với hàm trọng - ThS. Trịnh Tuân

Chia sẻ: Huynh Thi Thuy | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

101
lượt xem
5
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Xây dựng tính chập suy rộng của các phép biến đổi tích phân Fourier consine và kontorovich-lebedev từ đó tìm hiểu các tính chất của nó, ứng dụng tính chập này vào giải hệ phương trình tích phân. Nhằm giúp các bạn hiểu hơn về vấn đề này, mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài viết "Tính chập suy rộng của các phép biến đổi tích phân Fourier consine và kontorovich-lebedev với hàm trọng" dưới đây.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Tính chập suy rộng của các phép biến đổi tích phân Fourier consine và kontorovich-lebedev với hàm trọng - ThS. Trịnh Tuân

TÝnh chËp suy réng cña c¸c phÐp biÕn ®æi tÝch ph©n Fourier<br /> consine vµ kontorovich – lebedev víi hµm träng<br /> Ths. TrÞnh Tu©n<br /> Bé m«n gi¶i tÝch- Tr­êng §¹i häc Thuû lîi<br /> Tãm t¾t: X©y dùng tÝnh chËp suy réng cña c¸c phÐp biÕn ®æi tÝch ph©n Fourier consine vµ<br /> kontorovich – lebedev tõ ®ã t×m hiÓu c¸c tÝnh chÊt cña nã. øng dông tÝch chËp nµy vµo gi¶i hÖ<br /> ph­¬ng tr×nh tÝch ph©n.<br /> <br /> 1. §Æt vÊn ®Ò<br /> Vµo ®Çu thÕ kû 19 ng­êi ta ®· x©y dùng ®­îc tÝch chËp cña c¸c phÐp biÕn ®æi tÝch ph©n<br /> Fourier vµ råi tiÕp ®Õn tÝch chËp cña c¸c phÐp biÕn ®æi tÝch ph©n lÇn l­ît ®­îc x©y dùng ®ã lµ<br /> phÐp biÕn ®æi tÝch ph©n Lapace, Mellin Hilber [12], Hankel [4, 13] vµ Stieltfes [11].<br /> Ch¼ng h¹n tÝch chËp cña phÐp biÕn ®æi tÝch ph©n Fourier [12].<br /> +1<br /> Z<br /> 1<br /> (f ¤ g)(x) = p f (x ¡ y)g(y)dy; x > 0; (1)<br /> F 2¼<br /> ¡ 1<br /> <br /> Tho¶ m·n ®¼ng thøc nh©n tö ho¸:<br /> <br /> F (f ¤ g)(y) = (F f )(y)(F g)(y); 8y 2 R:<br /> F<br /> <br /> Víi F lµ phÐp biÕn ®æi tÝch ph©n Fourier [1].<br /> N¨m 1941 Churchill R.V x©y dùng ®­îc tÝch chËp ®èi víi phÐp biÕn ®æi tÝch ph©n<br /> Fourier cosine [3].<br /> +1<br /> Z<br /> 1 £ ¤<br /> (f ¤ g)(x) = p f (u) g(x + u) + g(jx ¡ uj) du; x > 0; (2)<br /> Fc 2¼<br /> 0<br /> <br /> Tho¶ m·n ®¼ng thøc nh©n tù ho¸<br /> F c (f ¤ g)(y) = (F c f )(y)(F c g)(y); 8y > 0:<br /> Fc<br /> <br /> Víi Fc lµ phÐp biÕn ®æi tÝch ph©n Fourier cosine [1].<br /> Vµo nh÷ng n¨m 1967, 1987 tÝch chËp cña phÐp biÕn ®æi tÝch ph©n Kontorovich – lebedev<br /> ®èi víi hai hµm f, g ®· ®­îc Karichev V.A vµ Yakubovich S.B x©y dùng [4, 14].<br /> +1 Z<br /> Z +1<br /> 1 h 1 ³ xu xv uv ´ i<br /> (f ¤ g)(x) := exp ¡ + + f (u)g(v)dudv; x > 0 (3)<br /> 2¼ 2 v u x<br /> 0 0<br /> tho¶ m·n ®¼ng thøc nh©n tù ho¸<br /> K (f ¤ g)(y) = (K f )(y)(K g)(y); 8y > 0:<br /> Víi K lµ phÐp biÕn ®æi tÝch ph©n Kontorovich – lebedev [1].<br /> Nh÷ng n¨m 90 Yakubovich S.B ®· x©y dùng ®­îc mét sè tÝch chËp suy réng theo chØ sè<br /> cña c¸c phÐp biÕn ®æi tÝch ph©n Mellin [15], Kontorovich – Lebedev [16], G phÐp biÕn ®æi [9]<br /> vµ H phÐp biÕn ®æi [17].<br /> N¨m 1998 Kakichev V.A vµ NguyÔn Xu©n Th¶o ®· c«ng bè ®­îc ph­¬ng ph¸p kiÕn<br /> thiÕt tÝch chËp suy réng cña ba phÐp biÕn ®æi tÝch ph©n bÊt kú víi hµm träng [5] vµ ®· cã<br /> nh÷ng vÝ dô cô thÓ nhê ph­¬ng ph¸p nµy [6, 7, 8].<br /> 1<br /> Trong bµi b¸o nµy nhê [5] t¸c gi¶ x©y dùng tÝch chËp suy réng cña hai phÐp biÕn ®æi tÝch<br /> ph©n Fourier consine vµ Kontorovich – lebedev víi hµm träng tõ ®ã t×m hiÓu c¸c tÝch chËp cña<br /> nã. §Æc biÖt øng dông tÝch chËp nµy vµo gi¶i hÖ ph­¬ng tr×nh tÝch ph©n.<br /> <br /> 2. Néi dung<br /> §Þnh nghÜa: TÝch chËp suy réng cña c¸c hµm f, g víi hµm träng ° (y) = 1 ®èi víi c¸c<br /> ysh(¼y)<br /> phÐp biÕn ®æi tÝch ph©n Fourier cosine vµ Kontorovich – Lebedev:<br /> ebedev t ransforms<br /> +1 Z<br /> Z +1<br /> ° 1 1£ ¡ ¤<br /> (f ¤ g)(x) = 2 e u ch ( x + v)<br /> + e¡ u ch ( x ¡ v )<br /> f (u)g(v)dudv; x > 0 (4)<br /> ¼ u<br /> 0 0<br /> à ! à !<br /> 1 1 °<br /> §Þnh lý 1. Gi¶ sö<br /> f 2L ; R+ ; g2 L ; R+ , th× tÝch chËp (f ¤g)(x) 2 L ( R+ ) vµ tho¶ m·n<br /> x shx<br /> ®¼ng thøc nh©n tù ho¸:<br /> <br /> °<br /> F c (f ¤g)(y) = ° (y)(K ¡ 1 f )(y)(Fc g)(y); 8y > 0; (5)<br /> -1<br /> víi K lµ phÐp biÕn ®æi ng­îc cña phÐp biÕn ®æi Kontorovich – Lebedev.<br /> <br /> Chøng minh ®Þnh lý: Do u:sh(x + v)e¡ u:ch( x + v)<br /> ! 0 khi u; v ! + 1 ,do ®ã chóng ta cã:<br /> +1 Z<br /> +1<br /> ¯Z 1£ ¡ ¤ ¯<br /> ¯ ¯<br /> ¯ e u ch( x + v )<br /> + e¡ u ch ( x ¡ v )<br /> f (u)g(v)dudv¯<br /> u<br /> 0 0<br /> +1 Z<br /> Z +1<br /> 1¯¯e¡ u ch ( x ¡ v) ¯<br /> ¯<br /> 6 u ch ( x + v )<br /> + e¡ jf (u)j jg(v)jdudv<br /> u<br /> 0 0<br /> +1 Z<br /> Z +1<br /> 1 jg(v)j<br /> 6 jsh(x + v)j je¡ u ch ( x + v )<br /> j jf (u)j dudv<br /> u jsh(x + v)j<br /> 0 0<br /> +1 Z<br /> Z +1<br /> 1 jg(v)j<br /> + jsh(x ¡ v)j je¡ u ch ( x ¡ v )<br /> j jf (u)j dudv<br /> u jsh(x ¡ v)j<br /> 0 0<br /> <br /> +1 Z<br /> Z +1<br /> 6 C1 1 1<br /> jf (u)j jg(v)jdudv<br /> u jsh(x + v)j<br /> 0 0<br /> +1 Z<br /> Z +1<br /> 1 1<br /> + C2 jf (u)j jg(v)jdudv < + 1<br /> u jsh(x ¡ v)j<br /> 0 0<br /> <br /> víi C1, C2 lµ c¸c h»ng sè.<br /> MÆt kh¸c:<br /> +1<br /> Z<br /> 1 ¡<br /> sh(x + ®) e¡ u :ch( x + ®)<br /> dx = e u :ch ®<br /> (6)<br /> u<br /> 0<br /> <br /> vµ<br /> +1<br /> Z<br /> e¡ u e¡ u :ch v<br /> jsh(x ¡ v)j e¡ u ch ( x ¡ v)<br /> dx = 2 ¡ : (7)<br /> u u<br /> 0<br /> <br /> <br /> 2<br /> Tõ (6) nhËn ®­îc:<br /> +1 Z<br /> Z +1 Z<br /> +1<br /> <br /> e¡ u ch ( x + v )<br /> jf (u)j jg(v)jdudvdx =<br /> 0 0 0<br /> +1 Z<br /> Z +1 Z+1<br /> jf (u)j jg(v)j<br /> = jsh(x + v)je¡ u ch ( x + v)<br /> dudvdx<br /> sh(x + v)<br /> 0 0 0<br /> Z Z Z1<br /> + 1 + 1 +<br /> jf (u)j jg(v)j<br /> 6 jsh(x + v)je¡ u ch ( x + v)<br /> dudvdx<br /> shv<br /> 0 0 0<br /> 1 1<br /> Z Z ¡ u ch v<br /> + +<br /> e jg(v)j<br /> = jf (u)j dudv<br /> u jshvj<br /> 0 0<br /> +1 Z<br /> Z +1<br /> 6 jf (u)j jg(v)j<br /> dudv (8)<br /> u jshvj<br /> 0 0<br /> <br /> Tõ (7) chóng ta cã<br /> +1 Z<br /> Z +1 Z<br /> +1<br /> <br /> e¡ u ch ( x ¡ v)<br /> jf (u)j jg(v)jdudvdx =<br /> 0 0 0<br /> + 1<br /> Z Z Z + 1 +1<br /> jf (u)j jg(v)j<br /> = jsh(x ¡ v)je¡ u ch( x ¡ v )<br /> dudvdx<br /> jsh(x ¡ v)j<br /> 0 0 0<br /> +1 Z<br /> Z +1 Z<br /> +1<br /> <br /> = jsh(x ¡ v)je¡ u ch( x ¡ v )<br /> jf (u)j jg1 (v)jdudvdx<br /> 0 0 0<br /> +1 Z<br /> Z +1<br /> ³ 2 1 ¡ ´<br /> 6 e¡ u<br /> + e u ch v<br /> jf (u)jjg1 (v)jdudv<br /> u u<br /> 0 0<br /> +1 Z<br /> Z +1<br /> jf (u)j<br /> = 3 jg1 (v)jdudv < + 1 : (9)<br /> u<br /> 0 0<br /> <br /> Tõ (4), (8) vµ (9) ta cã:<br /> +1<br /> Z +1 Z<br /> Z +1 Z<br /> +1<br /> ¯ ° ¯ 1£ ¡ ¤<br /> ¯(f ¤g)(x) ¯dx 6 1 e u ch ( x + v )<br /> + e¡ uch( x ¡ v )<br /> jf (u)j jg(v)jdudvdx < + 1 :<br /> ¼2 u<br /> 0 0 0 0<br /> °<br /> Nh­ vËy chøng tá r»ng (f ¤g)(x) 2 L ( R+ ) .<br /> MÆt kh¸c<br /> q<br /> 2 +1 Z<br /> Z +1<br /> ¡ 1 ¼ 1³ 2 ´<br /> ° (y)(K f )(y)(Fc g)(y) = y cos(yv)sh(¼y)K i y (u)f (u)g(v)dudv<br /> ysh(¼y) u ¼2<br /> 0 0<br /> r 1<br /> Z Z<br /> + + 1<br /> 2 2 1<br /> = cos(yv)K i y (u)f (u)g(v)dudv:<br /> ¼2 ¼ u<br /> 0 0<br /> <br /> Tõ c«ng thøc 1 ([1] trang 130) th×<br /> <br /> 3<br /> ° (y)(K ¡ 1 f )(y)(F c g)(y) =<br /> r +1 Z<br /> Z +1 +1<br /> hZ i<br /> 2 2 1<br /> = 2 cos(yv)f (u)g(v) cos(y®) e¡ u ch ®<br /> d® dudv =<br /> ¼ ¼ u<br /> 0 0 0<br /> r Z Z1<br /> + 1 +<br /> n +1<br /> Z o<br /> 1 2 1 £ ¤<br /> = f (u)g(v) cosy(® + v) + cosy(® ¡ v) e¡ u ch®<br /> d® dudv<br /> ¼2 ¼ u<br /> 0 0 0 (10)<br /> MÆt kh¸c:<br /> +1<br /> Z +1<br /> Z<br /> cosy(® + v) e¡ u ch ®<br /> d® = cos(yt) e¡ u ch ( t ¡ v)<br /> dt (11)<br /> 0 v<br /> Z1<br /> + +1<br /> Z<br /> cosy(® ¡ v) e¡ u ch ®<br /> d® = cos(yt) e¡ u ch ( t + v)<br /> dt (12)<br /> 0 ¡ v<br /> <br /> Tõ (11) vµ (12) chóng ta cã:<br /> +1<br /> Z<br /> £ ¤<br /> cosy(® + v) + cosy(® ¡ v) e¡ u ch ®<br /> d® =<br /> 0<br /> Z1<br /> + Z0 +1<br /> Z<br /> ¡ u ch ( t ¡ v) ¡ u ch( t + v)<br /> = cos(yt) e dt + cos(yt) e dt + cos(yt) e¡ u ch ( t + v )<br /> dt<br /> v ¡ v 0<br /> <br /> +1<br /> Z +1<br /> Z Zv<br /> ¡ u ch ( t + v ) ¡ u ch( t v )<br /> = cos(yt) e dt + cos(yt) e dt + cos(yt) e¡ u ch ( t ¡ v )<br /> dt<br /> 0 v 0<br /> +1<br /> Z<br /> £ ¤<br /> = cos(yt) e¡ u ch( t + v)<br /> + e¡ u ch ( t ¡ v )<br /> dt (13)<br /> 0<br /> <br /> Tõ (10), (11), (12) vµ (13) th×:<br /> ° (y)(K ¡ 1 f )(y)(Fc g)(y) =<br /> r +1 Z<br /> Z +1 +1<br /> n Z<br /> 1 2 1 £ ¤ o<br /> = 2 f (u)g(v) cos(yt) e¡ u ch ( t + v )<br /> + e¡ u ch ( t ¡ v )<br /> dt dudv<br /> ¼ ¼ u<br /> 0 0 0<br /> r +1<br /> Z n 1 +1 Z<br /> Z +1<br /> o<br /> 2 1 £ ¡ u ch ( t ¡ v ) ¤<br /> = cos(yt) 2 f (u)g(v) e¡ u ch ( t + v )<br /> + e dudv dt<br /> ¼ ¼ u<br /> 0 0 0<br /> °<br /> = Fc (f ¤ g)(y):<br /> Nh­ vËy ®¼ng thøc nh©n tù ho¸ (5) ®­îc chøng minh.<br /> °<br /> §Þnh lý 2. TÝch chËp (f ¤g)(<br /> kh«ng cã tÝnh chÊt giao ho¸n vµ kÕt hîp nh­ng cã c¸c ®¼ng thøc<br /> sau ®©y:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 4<br /> ng equalities<br /> ° °<br /> a) f ¤(g ¤ h) = (f ¤ g) ¤ h<br /> Fc Fc<br /> ° °<br /> b) f ¤ (g ¤ h) = (g¤f ) ¤ h<br /> Fc Fc<br /> ° ° ° °<br /> c) f ¤(g ¤ h) = g ¤ (f ¤ h)<br /> §Ó chøng minh ®Þnh lý nµy chóng ta sö dông §Þnh lý 1 vµ ®¼ng thøc nh©n tù ho¸ (2)<br /> °<br /> §Þnh lý 3. TÝch chËp (f ¤g)( kh«ng tån t¹i phÇn tö ®¬n vÞ.<br /> Sö dông ®Þnh lý 1 vµ c«ng thøc 9.7.4 ([2] trang 199)<br /> °<br /> §Þnh lý 4. TÝch chËp (f ¤g)( ®­îc biÓu thÞ nh­ sau:<br /> p +1<br /> Z<br /> ° 2 1<br /> (f ¤ g)(x) = p f (u)(e¡ u ch v<br /> ¤ gjvj)(x)du<br /> ¼ ¼ u F<br /> 0<br /> Sö dông (4) vµ (1) ®Ó chøng minh ®Þnh lý nµy.<br /> <br /> HÖ qu¶. Víi g lµ hµm ch½n th×<br /> p +1<br /> Z<br /> ° 2 1 ¡ ¢<br /> (f ¤ g)(x) = p f (u) e¡ u ch v<br /> ¤ g(v) (x)du:<br /> ¼ ¼ u Fc<br /> 0<br /> <br /> 3. óng dông gi¶i hÖ ph­¬ng tr×nh tÝch ph©n<br /> XÐt hÖ:<br /> 8 +1<br /> Z<br /> ><br /> ><br /> ><br /> > f (x) + ¸ 1 µ(x; u)g(u)du = h(x); x> 0<br /> ><br /> ><br /> <<br /> 0<br /> +1<br /> (15)<br /> ><br /> > Z<br /> ><br /> > £ ¤<br /> ><br /> > ¸ 2 p 1<br /> f (u) Ã(x + u) + Ã(jx ¡ uj) du + g(x) = k(x)<br /> : 2¼<br /> 0<br /> <br /> trong ®ã c¸c hµm ®· biÕt Ã; h; k 2 L (R+ ), vµ ' 2 L ( x1 ; R + ).<br /> +1<br /> Z unknowm func<br /> 1 ¡ u ch (x + v )<br /> µ(x; u) = [e + e¡ u ch( x ¡ v)<br /> ]' (v)dv<br /> 4¼<br /> 0<br /> <br /> 1 , 2 lµ c¸c h»ng sè phøc vµ f, g lµ c¸c Èn hµm<br /> <br /> §Þnh lý 5. NÕu cã ®iÒu kiÖn<br /> °<br /> 1 ¡ ¸ 1 ¸ 2 F c (' ¤ Ã)(y) 6<br /> = 0; 8y > 0<br /> th× hÖ (15) cã nghiÖm:<br /> ° °<br /> f (x) = h(x) + (l ¤ h)(x) ¡ ¸ 1 (' ¤ k)(x) ¡ ¸ 1 (l ¤ (' ¤ k))(x) 2 L (R + )<br /> Fc Fc<br /> <br /> g(x) = k(x) + (l ¤ k)(x) ¡ ¸ 2 (h ¤ Ã)(x) ¡ ¸ 2 (l ¤ (h ¤ Ã))(x) 2 L (R + )<br /> Fc Fc Fc Fc<br /> <br /> trong ®ã l(x) 2 L (R+ ) vµ tho¶ m·n<br /> °<br /> ¸ 1 ¸ 2 F c (' ¤ Ã)(y)<br /> (F c l)(y) = °<br /> 1 ¡ ¸ 1 ¸ 2 Fc (' ¤ Ã)(y)<br /> <br /> <br /> <br /> 5<br /> Tµi liÖu tham kh¶o<br /> [1] H. Bateman and A. Erdelyi, Tables of integral transforms, Mc. Graw-Hill, New York,<br /> V.2, 1954.<br /> [2] Bramonitz and A. S. Tegun, Handbook of mathematical functions with ormulas, graphs<br /> and mathematical tables.<br /> [3] R. V. Churchill, " Fourier series and boundary value problems", New York, 1941.<br /> [4] V. A. Kakichev, On the convolution for integral transforms, Izv. AN BSSR, Ser. Fiz.<br /> Mat. 1967, N.2, 48-57.<br /> [5] V. A. Kakichev and Nguyen Xuan Thao, On the design method for the generalized<br /> integral convolution, Izv. Vuzov. Mat, 1998, N.1, 31-40 (In Russian).<br /> [6] Nguyen Xuan Thao, On the generalized convolution for Stieltjes, Hilbert, Fourier<br /> cosine and sine transforms, Ukr. Mat. J. 53 (2001), 560-567. (In Russian).<br /> [7] Nguyen Xuan Thao, V.A. Kakichev and Vu Kim Tuan, On the generalized convolution<br /> for Fourier cosine and sine transforms, East- West J. Math. 1 (1998), 85-90.<br /> [8] Nguyen Xuan Thao and Trinh Tuan, On the generalized convolution for I- transform,<br /> Acta. Mat. Vietnamica. 18 (2003), 135-145.<br /> [9] M. Saigo, S.B. Yakubovich, On the theory of convolution integral for G-transforms,<br /> Fukuoka: Univ. Sci: Reports.-1991, V. 21, N.2, 181-193<br /> [10] I. N. Sneddon, Fourier Transform, Mc. Gray Hill, New York, 1951.<br /> [11] H. M. Srivastava and Vu Kim Tuan, A new convolution theorem for the Stieltjes<br /> transform and its application to a class of singular integral equations, Arch. Math.<br /> 1995, V. 64, 144-149.<br /> [12] F. G. Tricomi, On the finite Hilbert transform, Quart. J. Math. 2 (1951), 199-211.<br /> [13] Vu Kim Tuan and Saigo M., Convolution of Hankel transform and its applications to<br /> an integral involving Bessel function of first kind, J. Math. and Math. Sci. 1995, V.18,<br /> N.2, 545--550.<br /> [14] S. B. Yakubovich, On the convolution for Kotorovich-Lebedev integral transforms and<br /> its application to integral transform, DAN. BSSR, 31 (1987), 101-103 (in Russian).<br /> [15] S. B. Yakubovich, On the construction method for construction of integral convolution,<br /> DAN. BSSR, 34 (1990), 588-591.<br /> [16] S. B Yakubovich and A. I. Mosinski, Integral equation and convolution for transforms<br /> of Kontorovich-Lebedev type, Dif. Uravnenia 29 (1993), 1272-1284.<br /> [17] S. B. Yakubovich and Nguyen Thanh Hai, Integral convolutions for H-transforms, Izv.<br /> Vuzov. Mat. 1991, N.8, 72-79.<br /> <br /> Abstracts<br /> ON THE GENERALIZED CONVOLUTION WITH A WEIGHT FUNCTION FOR THE<br /> FOURIER COSINE AND KONTOROVICH – LEBEDEV INTEGRAL TRANSFORMS<br /> The generalized convolutions with a with a wight function for the Fourier cosin and<br /> Kontorvil-Lebedev integral transforms are introduced and studied. Application for these new<br /> convolutions to solving systems of integral equations are suggested.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 6<br />
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
3=>0