UCHINCHI TARTIBLI XUSUSIY HOSILALI DIFFERENSIAL TENGLAMA UCHUN TESKARI MASALA
Abstract
Ushbu maqolada uchinchi tartibli xususiy hosilali differensial tenglama uchun teskari masala o‘rganilgan. Teskari masalaning yechimi uchun analitik va sonli usullar asosida yondashuvlar ko‘rib chiqiladi. Shartlar berilgan holda differensial tenglamaning noma’lum koeffitsientlarini aniqlash, mavjudlik va yagona yechimning mavjudligi masalalari tahlil qilinadi. Shuningdek, teskari masalaning barqarorligi va hisoblash aniqligi masalalari muhokama qilinadi hamda misollar yordamida amaliy natijalar keltiriladi.
Full text
ISSN: 3030-3931, Impact factor: 7,241 Volume 10, issue 2, Noyabr 2025 https://worldlyjournals.com/index.php/Yangiizlanuvchi worldly knowledge OAK Index bazalari : research gate, research bib. Qo’shimcha index bazalari: zenodo, open aire. google scholar. Original article 263 UCHINCHI TARTIBLI XUSUSIY HOSILALI DIFFERENSIAL TENGLAMA UCHUN TESKARI MASALA Murodova Sh.I. O‘zbekiston Milliy universiteti, Amaliy matematika va intellektual texnologiyalar fakulteti talabasi, E-mail: [email protected] Annotatsiya: Ushbu maqolada uchinchi tartibli xususiy hosilali differensial tenglama uchun teskari masala o‘rganilgan. Teskari masalaning yechimi uchun analitik va sonli usullar asosida yondashuvlar ko‘rib chiqiladi. Shartlar berilgan holda differensial tenglamaning noma’lum koeffitsientlarini aniqlash, mavjudlik va yagona yechimning mavjudligi masalalari tahlil qilinadi. Shuningdek, teskari masalaning barqarorligi va hisoblash aniqligi masalalari muhokama qilinadi hamda misollar yordamida amaliy natijalar keltiriladi. Kalit so‘zlar: uchinchi tartibli differensial tenglama, xususiy hosilali tenglama, teskari masala, analitik yechim, sonli usul, barqarorlik, mavjudlik, yagona yechim. Hozirgi kunda turli fizik, texnik va muhandislik jarayonlarini matematik modellashtirishda vaqt va fazo o‘zgaruvchilari bo‘yicha bog‘langan xususiy hosilali differensial tenglamalar muhim o‘rin egallaydi. Bunday tenglamalar yordamida issiqlik o‘tkazish, to‘lqin tarqalishi, elastiklik, diffuziya, tebranish va soddalashtirilgan energetik tizimlarning harakati kabi murakkab jarayonlar tahlil qilinadi. Shunday tenglamalardan biri ( ) 2 ( , ) ( , ) tt xxt u x t a u x t f x- = , 0a , (1) ko‘rinishidagi tenglama bo‘lib, ushbu tenglama ayrim viskoelastik materiallardagi deformatsiya jarayonlarini, dempferlangan tebranishlar, shuningdek issiqlik yoki mexanik ta’sirning vaqt bo‘yicha o‘zgaruvchi dinamikasini tavsiflashda uchraydi. To‘g‘ri masala. { } 0 ,0x t T p W = < < < sohada (1) tenglamani va boshlang‘ich ( ) ( ) ,0u x x j = , ( ) ( ) ,0 t u x x y = , 0x p , (2) chegaraviy ( ) ( ) 0, , 0u t u t p = = , 0t T , (3) shartlarni qanoatlantiruvchi ( ) ,u x t funksiyani toping.
ISSN: 3030-3931, Impact factor: 7,241 Volume 10, issue 2, Noyabr 2025 https://worldlyjournals.com/index.php/Yangiizlanuvchi worldly knowledge OAK Index bazalari : research gate, research bib. Qo’shimcha index bazalari: zenodo, open aire. google scholar. Original article 264 Teskari masala. (1)-(3) masaladagi ( ) x j va ( ) x y funksiyalar berilgan ma’lum, ( ) f x funksiya noma’lum bo’lsa, ( ) ( ) ,u x T g x= (4) qo‘shimcha shart asosida ( ) f x funksiyani toping, bu yerda ( ) g x berilgan funksiya. Tadqiqotning asosiy maqsadi — berilgan boshlang‘ich-chegaraviy shartlar asosida teskari masala yechimi ( ) f x funksiyani va to‘g‘ri masala yechimi ( ) ,u x t funksiyani topishdan va ularning uning mavjudligi, yagonaligi hamda barqarorligini o‘rganishdan iborat. Faraz qilamiz (1)-(3) masalada ( ) f x berilgan bo‘lsin. (1)-(3) masala yechimini Furye usuli bilan qidiramiz, ya’ni ( ) ( ) ( ) ,u x t X x T t= . U holda (1) tenglamaning bir jinsli qismi ( ) X x va ( ) T t funksiyalarga nisbatan ( ) ( ) 0X x X x l + = , ( ) ( ) 0T t T t l + = tenglamalarga keladi, bu yerda l o‘zgarmas son. (3) chegaraviy shartlarni hisobga olsak, keyingi spektral masalaga kelamiz: ( ) ( ) ( ) ( ) 0, 0 0, 0. X x X x X X l p + = = = Ma’lumki, bu masala 2 nn l = xos sonlarga va ( ) ( ) sin n X x nx= xos funksiyalarga ega, n N . Har bir , ( ) n n X x l juftligiga mos ravishda ( ) n T t funksiyani 2 2 ( ) ( ) 0 n n T t a n T t+ = tenglamadan topamiz va ( ) 2 2 a n t n n n T t A B e- = + , bu yerda , n n A B - noma’lum koeffitsientlar. Bularni aniqlashda boshlang‘ich shartlardan foydalanamiz. Demak,
ISSN: 3030-3931, Impact factor: 7,241 Volume 10, issue 2, Noyabr 2025 https://worldlyjournals.com/index.php/Yangiizlanuvchi worldly knowledge OAK Index bazalari : research gate, research bib. Qo’shimcha index bazalari: zenodo, open aire. google scholar. Original article 265 ( ) ( ) ( ) 2 2 1 , sin a n t n n n u x t A B e nx - = = + , bunda ( , )u x t funksiya 2 ( , ) ( , ) 0 tt xxt u x t a u x t- = tenglamaning yechimi bo‘lib, ( ) ( ) ,0u x x j = , ( ) ( ) ,0 t u x x y = shartlarni qanoatlantirishi kerak. Shunday qilib, ( ) ( ) ( ) ( ) 1 ,0 sin n n n u x A B nx x j = = + = , ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 1 , sin t n n u x t a n B nx x y = = - = . Bu tengliklardan 2 2 n n n Aa n y j = + , 2 2 n n Ba n y = - bo‘lishini aniqlaymiz, bu yerda ( ) ( ) 0 2sin nx nx dx p j j p = , ( ) ( ) 0 2sin nx nx dx p y y p = . Natijada ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 1 , 1 sin a n t n n n u x t e nx a n y j - = = + - . (5) Endi (1) tenglamaning bir jinslimas qismining yechimini topamiz. Ya’ni ( ) 2 tt xxt u a u f x- = % % (6) tenglamani va ( ) ,0 0u x = % , ( ) ,0 0 t u x = % , (7) (0, ) 0, ( , ) 0u t u t p = = % % (8) shartlarni qanoatlantiruvchi ( , )u x t % funksiyani aniqlaymiz. Ma’lumki, ( ) ( ) ( ) 1 , t sin n n u x T t nx = =% % , ( ) ( ) 1 sin n n f x f nx = = shaklda yozish mumkin. Bulardan va (6) tenglama hamda (7) shartlardan
ISSN: 3030-3931, Impact factor: 7,241 Volume 10, issue 2, Noyabr 2025 https://worldlyjournals.com/index.php/Yangiizlanuvchi worldly knowledge OAK Index bazalari : research gate, research bib. Qo’shimcha index bazalari: zenodo, open aire. google scholar. Original article 266 ( ) ( ) 2 2 n n n T t a n T t f+ = % % , ( ) 0 0 n T= % , ( ) 0 0 n T= % masalaga kelamiz. Buning yechimi ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 11a n t n f T t t e a n a n - = - - % . Demak, (6)-(8) masala yechimi ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 1 1 , t 1 sin a n t n n f u x t e nx a n a n - = = - - % . (9) Vanihoyat, (5) va (9) asosida (1)-(3) masala yechimini ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 , 1 sin a n t n n n n n f t f u x t e nx a n a n a n j y - = = + + - - (10) ko‘rinishda yozamiz. Teskari masalani yechish. (10) yechimni (4) shartga qanoatlantiramiz va ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 1 11 sin a n T n n n n n f T f g x e nx a n a n a n j y - = = + + - - . Bundan tashqari 1 ( ) sin n n g x g nx = = , bu yerda ( ) ( ) 0 2sin n g g x nx dx p p = . Bu tengliklardan ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 11a n T n n n n n f T f g e a n a n a n j y - = + + - - tenglikni aniqlaymiz va bundan n N" uchun n f qiymati ( ) 2 2 2 2 4 4 4 4 2 2 2 2 1 1 a n T n n n na n T a n g a n a n e fTa n e j y - - - - - =- + (11)
ISSN: 3030-3931, Impact factor: 7,241 Volume 10, issue 2, Noyabr 2025 https://worldlyjournals.com/index.php/Yangiizlanuvchi worldly knowledge OAK Index bazalari : research gate, research bib. Qo’shimcha index bazalari: zenodo, open aire. google scholar. Original article 267 formula bilan aniqlanishini topamiz. 1-teorema. Aytaylik, ( ) ( ) 2 2 2 2 [0, ], [0, ]x W g x W j p p , ( ) 2[0, ]x L y p bo‘lsin. U holda 00T T" > uchun (1)-(4) teskari masala yechimi mavjud, yagona va ( ) ( ) ( ) () ( ) 2 2 2 2 2 2 1 2 W W L a C C f x g x x x T T j y + + tengsizlik o‘rinli bo‘ladi, bu yerda 1 C , 2 C - chegaralangan musbat o‘zgarmaslar. Isbot. (11) tenglikdan ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 4 4 4 4 2 2 2 2 1 1 sin 1 a n T n n n a n T n a n g a n a n e f x nx Ta n e j y - - = - - - =- + . U holda ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 4 4 4 4 2 2 2 2 2 1 2 4 4 2 8 8 2 8 8 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 111 1 1 3 1 3 3 . 1 1 1 a n T n n n a n T n a n T n n n a n T a n T a n T nnn a n g a n a n e f x Ta n e a n e a n g a n Ta n e Ta n e Ta n e j y y j - - = - - - - === - - - =- + - + + - + - + - + (12) Shuni takidlaymizki, 0T" > uchun 2 2 2 2 1 0 a n T Ta n e- - + > . T qiymati 0 soniga yaqinlashganda (12) qator qiymati + ga intiladi. Shuning oldini olish uchun, T qiymati 00T T > bo‘yicha qaraladi. (12) tengsizlikning o‘ng tarafidagi qatorlarni baholab chiqamiz: Yetarlicha katta n qiymatlarida ( ) 2 2 8 8 2 2 2 2 11 n a n T n a n g Ta n e- =- + qator ( ) 8 8 2 4 4 2 22 2 2 1 1 n n n n a n g a n g T Ta n = = = qator bilan, ( ) 2 2 8 8 2 2 2 2 11 n a n T n a n Ta n e j - =- + qator 4 4 2 2 1 n n a n T j = qator bilan va ( ) ( ) 2 2 2 2 2 4 4 2 2 2 2 1 1 1 a n T n a n T n a n e Ta n e y - - = - - + qator 2 2 1 n nT y = qator bilan majorant bo’ladi. Demak, agar
ISSN: 3030-3931, Impact factor: 7,241 Volume 10, issue 2, Noyabr 2025 https://worldlyjournals.com/index.php/Yangiizlanuvchi worldly knowledge OAK Index bazalari : research gate, research bib. Qo’shimcha index bazalari: zenodo, open aire. google scholar. Original article 268 ( ) ( ) 2 2 2 2 [0, ], [0, ]x W g x W j p p va ( ) 2[0, ]x L y p bo‘lsa ( ) 2 f x yaqinlashuvchi qator bo‘ladi. Bu esa (1)-(4) teskari masala yechimi 2[0, ]L p fazoda mavjud ekanligini ko‘rsatadi. ( ) x j , ( ) g x , ( ) x y funksiyalarga mos n j , n g , n y Furye koeffitsiyentlar n N" uchun bir qiymatli aniqlangan bo’ladi. Bundan, ( ) 0x j = , ( ) 0g x = , ( ) 0x y = bo‘lsa ( ) 0f x ekanligi kelib chiqadi, bu yerda 00T T > . Demak, (1)-(4) teskari masala yechimi yagona bo‘lishini ko‘rish mumkin. Qatorlar yaqinlashuvchi ekanligidan, ( ) ( ) ( ) () ( ) 2 2 2 2 2 4 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 W W L a C C f x g x x x T T j y + + tengsizlikni yozish mumkin, bu yerda 1 C , 2 C biror musbat o‘zgarmaslar. Bundan esa ( ) ( ) ( ) () ( ) 2 2 2 2 2 2 1 2 W W L a C C f x g x x x T T j y + + tengsizlik kelib chiqadi. 1-teorema isbot bo‘ldi. (11) tenglikni (10) yechim ifodasiga olib borib qo‘yilsa (1)-(4) to‘g‘ri masala yechimini ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 , 1 1 sin 1 a n t a n t a n T n n n n n a n T n a n t e u x t e g e nx a n a n a n T e y y j j - - - - = - + = + - + - - - - + (13) ko‘rinishda ifodalash mumkin. 2-teorema. Agar 00T T > , ( ) ( ) 2 2 2 2 [0, ], [0, ]x W g x W j p p va ( ) 2 2[0, ]x W y p bo‘lsa, (1)-(4) to‘g‘ri masala yechimi mavjud, yagona bo‘ladi hamda ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 3 , 2 3 3u x t x x g x a j y + + tengsizlik o‘rinli. Isbot. (13) funksiyadan mos ravishda (1) tenglamada qatnasghgan xususiy hosilalarni hisoblaymiz:
ISSN: 3030-3931, Impact factor: 7,241 Volume 10, issue 2, Noyabr 2025 https://worldlyjournals.com/index.php/Yangiizlanuvchi worldly knowledge OAK Index bazalari : research gate, research bib. Qo’shimcha index bazalari: zenodo, open aire. google scholar. Original article 269 ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 4 4 2 2 2 2 2 2 1 , 1 sin 1 a n t a n t a n T n tt n n n a n T n a n e u x t a n e g e nx a n a n T e y y j - - - - = = - + - - - - + , ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 4 2 4 2 2 2 2 2 1 , 1 sin 1 a n t a n t a n T n xxt n n n a n T n a n a n e u x t n e g e nx a n a n T e y y j - - - - = - + = - + - - - - + . Bulardan, (13) tenglamani qanoatlantirishini ko‘rishimiz mumkin. Bundan tashqari, 2 ( , )u x t , 2 ( , ) tt u x t , 2 ( , ) xxt u x t normalardan hosil bo‘lgan qatorlar yaqinlashuvchi bo‘ladi agar ( ) x j , ( ) g x , ( ) x y boshlang‘ich berilgan funksiyalar 2 2[0, ]W p fazodan bo‘lsa, bu esa mavjudligini anglatadi. (13) dan ( ) 22 2 2 4 1 1 1 12 , 12 9 n n n n n n u x t g a j y = = = + + tengsizlik kelib chiqadi yoki ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 3 , 2 3 3u x t x x g x a j y + + . Foydalanilgan adabiyotlat: Fayazov K.S., Xajiyev I.O. Nokorrekt va teskari masalalar. O‘quv qo‘llanma. –T.: “Ma’rifat”, 2024. 176 bet. Денисов А.М. Введение в теорию обратных задач. Учеб. Пособие.- М.: Изд-во МГУ, 1994. -208 с. Victor Isakov. Inverse Problems for Partial Differential Equations, Springer, 2006. 359 p.