2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки


Правила форума


В этом разделе нельзя создавать новые темы.

Если Вы хотите задать новый вопрос, то не дописывайте его в существующую тему, а создайте новую в корневом разделе "Помогите решить/разобраться (М)".

Если Вы зададите новый вопрос в существующей теме, то в случае нарушения оформления или других правил форума Ваше сообщение и все ответы на него могут быть удалены без предупреждения.

Не ищите на этом форуме халяву, правила запрещают участникам публиковать готовые решения стандартных учебных задач. Автор вопроса обязан привести свои попытки решения и указать конкретные затруднения.

Обязательно просмотрите тему Правила данного раздела, иначе Ваша тема может быть удалена или перемещена в Карантин, а Вы так и не узнаете, почему.



Начать новую тему Ответить на тему
 
 Ошибка в вычислении обратного преобразования Лапласа
Сообщение09.09.2007, 18:15 


23/06/07
3
Решая интегральное уравнение в Mathematica столкнулся с такой проблемой:
Невозможность вычислить в символьном виде следующего обратного преобразования Лапласа:
InverseLaplaceTransform[$ \frac{(p-h)^{m-2 n-1} (h+p)^{-m+2 n+2}}{\text{hp}}-\frac{1}{h} $ , p, x]

При задании значений переменных m и n обратное преобразование вычисляется без проблем так что, видимо, я просто неправильно что-то пишу.

Буду признателен любому комментарию.

PS Я думаю тут проблема в том, что я не могу задать программе, что мои степени - целые числа.

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение15.09.2007, 23:38 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


23/07/05
17986
Москва
Количество параметров можно уменьшить, обозначив $l=m-2n$. Тогда заданное изображение равно
$$f_l^*(p)=\frac{(p-h)^{l-1}(p+h)^{2-l}-p}{hp}\text{.}$$
Экспериментально проверяется, что Mathematica 5.1 без труда находит оригинал $f_l(x)$ при целочисленных значениях $l$, но общего выражения получить не может. Maple 9.5 ведёт себя аналогично. Поэтому остаётся только считать вручную.
Просмотр оригиналов, вычисленных для небольших $l$, подсказывает, что множитель $p$ в знаменателе изображения даёт член $(-1)^{1-l}=(-1)^{l-1}$ в оригинале, поэтому слагаемое $\frac{(-1)^{1-l}}p=\frac{(-1)^{l-1}}p$ имеет смысл выделить из изображения.

1) $l\leqslant 1$. Тогда $l-1\leqslant 0$, $2-l\geqslant 1$,
$$f_l^*(p)=\frac{(p+h)^{2-l}-p(p-h)^{1-l}}{hp(p-h)^{1-l}}\text{,}$$
и после выделения члена $\frac{(-1)^{1-l}}p$ изображение преобразуется к виду
$$f_l^*(p)=\frac{(-1)^{1-l}}p+\frac{p\left((p+h)^{1-l}-(p-h)^{1-l}\right)+h\left((p+h)^{1-l}-(h-p)^{1-l}\right)}{hp(p-h)^{1-l}}\text{.}$$
Выделим в разностях степеней в числителе множители $(p+h)-(p-h)=2h$ и $(p+h)-(h-p)=2p$:
$$(p+h)^{1-l}-(p-h)^{1-l}=2h\sum\limits_{0\leqslant i\leqslant-l}(p+h)^{-l-i}(p-h)^i\text{,}$$
$$(p+h)^{1-l}-(h-p)^{1-l}=2p\sum\limits_{0\leqslant i\leqslant-l}(p+h)^{-l-i}(h-p)^i\text{.}$$
Сокращая $hp$ в числителе и знаменателе и учитывая, что члены с нечётными степенями $p-h$ сокращаются, получим (обозначая $i=2k$)
$$f_l^*(p)=\frac{(-1)^{1-l}}p+\frac 4{(p-h)^{1-l}}\sum\limits_{0\leqslant 2k\leqslant-l}(p+h)^{-l-2k}(p-h)^{2k}\text{.}$$
Далее по формуле бинома Ньютона находим
$$(p+h)^{-l-2k}=(2h+(p-h))^{-l-2k}=\sum\limits_{0\leqslant i\leqslant-l-2k}C_{-l-2k}^i(2h)^{-l-2k-i}(p-h)^i\text{;}$$
подставляем в предыдущее выражение:
$$f_l^*(p)=\frac{(-1)^{1-l}}p+\frac 4{(p-h)^{1-l}}\sum\limits_{0\leqslant 2k\leqslant-l}\ \sum\limits_{0\leqslant i\leqslant-l-2k}C_{-l-2k}^i(2h)^{-l-2k-i}(p-h)^{2k+i}\text{.}$$
Наконец, обозначая $j=2k+i$ и меняя порядок суммирования, получим
$$f_l^*(p)=\frac{(-1)^{1-l}}p+4\sum\limits_{0\leqslant j\leqslant-l}\frac{(2h)^{-l-j}}{(p-h)^{1-l-j}}\sum\limits_{0\leqslant 2k\leqslant j}C_{-l-2k}^{j-2k}\text{,}$$
откуда найдём оригинал:
$$f_l(x)=(-1)^{1-l}+4e^{hx}\sum\limits_{0\leqslant j\leqslant-l}\frac{(2hx)^{-l-j}}{(-l-j)!}\sum\limits_{0\leqslant 2k\leqslant j}C_{-l-2k}^{j-2k}\text{.}$$

2) $l\geqslant 2$. Тогда $l-1\geqslant 1$, $2-l\leqslant 0$,
$$f_l^*(p)=\frac{(p-h)^{l-1}-p(p+h)^{l-2}}{hp(p+h)^{l-2}}\text{.}$$
Выполнив аналогичные преобразования, получим оригинал
$$f_l(x)=(-1)^{l-1}-4e^{-hx}\sum\limits_{0\leqslant j\leqslant l-3}\frac{(-2hx)^{l-3-j}}{(l-3-j)!}\sum\limits_{0\leqslant 2k\leqslant j}C_{l-3-2k}^{j-2k}\text{.}$$

При $l=1$ и $l=2$ пределы суммирования в полученных формулах имеют вид $0\leqslant j\leqslant-1$, так что оригинал сводится к $f_l(x)=(-1)^{l-1}$.
Мне не удалось быстро получить простое выражение для суммы биномиальных коэффициентов $\sum\limits_{0\leqslant 2k\leqslant j}C_{-l-2k}^{j-2k}$ или $\sum\limits_{0\leqslant 2k\leqslant j}C_{l-3-2k}^{j-2k}$.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 2 ] 

Модераторы: Модераторы Математики, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group