Équation aux dérivées partielles non-linéaire
Bonjour à toutes et à tous,
Je fais face à des difficultés pour résoudre une équation aux dérivées partielles non-linéaire que j'obtiens à la suite d'une petite modélisation. L'équation a la forme suivante :
$$
f(x,y) = a.x^2 + b.y^2 + c.\Big(\dfrac{\partial f(x,y)}{\partial x }\Big)^2 + d.\dfrac{\partial f(x,y)}{\partial x}.y + e.\dfrac{\partial f(x,y)}{\partial y}.y + g$$
où $a, b, c, d, e, g$ sont des réels fixés.
Pour l'instant, j'ai posé $f(x,y) = \alpha.x^2 + \beta.y^2 + \gamma.x.y + \delta.x + \epsilon.y + \zeta$ et en réinjectant dans l'équation, j'ai identifié deux solutions particulières de cette équation (selon la forme de $\alpha$). On obtient alors les contraintes suivantes sur les paramètres :
$\alpha = \dfrac{1 \pm \sqrt{1-16.a.c}}{8.c}$
$\gamma = \dfrac{2.d.\alpha}{1-e-4.c.\alpha}$
$\beta = \dfrac{c.\gamma^2+d.\gamma+b}{1-2.e}$
$\delta = 0$
$\epsilon = 0$
$\zeta = g$
Mais je pense que l'ensemble des solutions n'est pas restreint à deux fonctions.
Ma question est donc, comment poursuivre, quelle est la forme de l'ensemble des solutions ou comment les obtenir toutes ?
Par ailleurs, en termes de régularité, si on ne connaît pas la forme des solutions, on sait seulement qu'elles sont $C^1$, n'est-ce pas ?
J'entends par là que pour certaines équations linéaires, il est possible de démontrer par récurrence que les solutions sont en fait $C^\infty$ (la dérivée s'exprime "facilement" en fonction de la solution qui est $C^1$, donc la dérivée est elle-même $C^1$, donc la solution est $C^2$, etc.). Ici, je ne suis pas sûr que ce raisonnement tienne car il y a deux dérivées partielles, et la somme de deux fonctions continues ($\frac{\partial f}{\partial x}$ et $\frac{\partial f}{\partial y}$) mais non-dérivables peut donner une fonction dérivable ($f$).
En vous remerciant pour votre aide,
mdho
Je fais face à des difficultés pour résoudre une équation aux dérivées partielles non-linéaire que j'obtiens à la suite d'une petite modélisation. L'équation a la forme suivante :
$$
f(x,y) = a.x^2 + b.y^2 + c.\Big(\dfrac{\partial f(x,y)}{\partial x }\Big)^2 + d.\dfrac{\partial f(x,y)}{\partial x}.y + e.\dfrac{\partial f(x,y)}{\partial y}.y + g$$
où $a, b, c, d, e, g$ sont des réels fixés.
Pour l'instant, j'ai posé $f(x,y) = \alpha.x^2 + \beta.y^2 + \gamma.x.y + \delta.x + \epsilon.y + \zeta$ et en réinjectant dans l'équation, j'ai identifié deux solutions particulières de cette équation (selon la forme de $\alpha$). On obtient alors les contraintes suivantes sur les paramètres :
$\alpha = \dfrac{1 \pm \sqrt{1-16.a.c}}{8.c}$
$\gamma = \dfrac{2.d.\alpha}{1-e-4.c.\alpha}$
$\beta = \dfrac{c.\gamma^2+d.\gamma+b}{1-2.e}$
$\delta = 0$
$\epsilon = 0$
$\zeta = g$
Mais je pense que l'ensemble des solutions n'est pas restreint à deux fonctions.
Ma question est donc, comment poursuivre, quelle est la forme de l'ensemble des solutions ou comment les obtenir toutes ?
Par ailleurs, en termes de régularité, si on ne connaît pas la forme des solutions, on sait seulement qu'elles sont $C^1$, n'est-ce pas ?
J'entends par là que pour certaines équations linéaires, il est possible de démontrer par récurrence que les solutions sont en fait $C^\infty$ (la dérivée s'exprime "facilement" en fonction de la solution qui est $C^1$, donc la dérivée est elle-même $C^1$, donc la solution est $C^2$, etc.). Ici, je ne suis pas sûr que ce raisonnement tienne car il y a deux dérivées partielles, et la somme de deux fonctions continues ($\frac{\partial f}{\partial x}$ et $\frac{\partial f}{\partial y}$) mais non-dérivables peut donner une fonction dérivable ($f$).
En vous remerciant pour votre aide,
mdho
Réponses
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Bonjour,
D’abord on simplifie. La substitution $\displaystyle f\leadsto f-g$ permet de supposer $g=0.$
Les changements d’échelles $\displaystyle x \leadsto x/d$ et $\displaystyle y\leadsto y/e$ dans l’argument de $f$ permet de supposer $d=e=1.$
On a donc $\displaystyle F=a x^2+ b y^2 +C F_x^2+ yF_x+yF_y$ avec $\displaystyle C=c/d^2.$
La substitution $\displaystyle F\leadsto \lambda F$ permet de supposer $C=1.$
On doit donc résoudre $\displaystyle w=A x^2+B y^2 + w_x^2+ y w_x+ y w_y.$
C’est déjà plus lisible. Et malheureusement, on est mal barré. La présence de $x^2+ y^2$ combinée au terme croisé $y w_x$ rend le truc indémerdable.
Ne reste que des solutions simples/ polynomiales ou numériques. -
Bonjour,
toute la difficulté de résolution analytique vient du terme non-linéaire $c.(f_x)^2$.
Si ce terme n'existait pas, c'est-à-dire si $c=0$ , sans trop de difficulté on trouve la solution générale de l'EDP grâce à la méthode des caractéristiques.
Bien entendu cette solution générale comporte une fonction arbitraire ( Il faudrait déterminer cette fonction si des conditions à la frontière du domaine d'intégration étaient spécifiées dans l'énoncé du problème).
Dans l'état actuel de l'énoncé je pense que la méthode de résolution par calcul numérique est recommandée.
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Bonjour!
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