2。谎言对称性分析
我们回想一下,一个谎言点对称的偏微分方程(PDE)是一种可逆的变换了独立和相关的变量,使方程不变。一般确定的所有对称偏微分方程是一个艰巨的任务。然而,索菲斯躺(1842 - 1899)注意到,如果我们将自己限制于对称连续依赖小参数,形成一个组(连续单参数组的转换),一个可以使对称条件和线性化得到一个算法计算连续对称性(
16- - - - - -
19]。
对称群(
1.1)将生成的向量场的形式
(2.1)米米l:mtext>
X米米l:mi>
=米米l:mo>
τ米米l:mi>
(米米l:mo>
t米米l:mi>
,米米l:mo>
x米米l:mi>
,米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
)米米l:mo>
∂米米l:mo>
∂米米l:mo>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
ξ米米l:mi>
(米米l:mo>
t米米l:mi>
,米米l:mo>
x米米l:mi>
,米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
)米米l:mo>
∂米米l:mo>
∂米米l:mo>
x米米l:mi>
+米米l:mo>
η米米l:mi>
(米米l:mo>
t米米l:mi>
,米米l:mo>
x米米l:mi>
,米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
)米米l:mo>
∂米米l:mo>
∂米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
。米米l:mo>
应用第二延长<我nline-formula>
X米米l:mi>
(米米l:mo>
2米米l:mn>
]米米l:mo>
(
1.1我们获得
(2.2)米米l:mtext>
X米米l:mi>
(米米l:mo>
2米米l:mn>
]米米l:mo>
(米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
t米米l:mi>
t米米l:mi>
- - - - - -米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
x米米l:mi>
x米米l:mi>
- - - - - -米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
+米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
3米米l:mn>
)米米l:mo>
|米米l:mo>
(米米l:mo>
1.1米米l:mn>
)米米l:mo>
=米米l:mo>
0米米l:mn>
,米米l:mo>
在哪里
(2.3)米米l:mtext>
X米米l:mi>
(米米l:mo>
2米米l:mn>
]米米l:mo>
=米米l:mo>
X米米l:mi>
+米米l:mo>
ζ米米l:mi>
1米米l:mn>
∂米米l:mo>
∂米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
ζ米米l:mi>
2米米l:mn>
∂米米l:mo>
∂米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
x米米l:mi>
+米米l:mo>
ζ米米l:mi>
11米米l:mn>
∂米米l:mo>
∂米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
t米米l:mi>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
ζ米米l:mi>
12米米l:mn>
∂米米l:mo>
∂米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
t米米l:mi>
x米米l:mi>
+米米l:mo>
ζ米米l:mi>
22米米l:mn>
∂米米l:mo>
∂米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
x米米l:mi>
x米米l:mi>
,米米l:mo>
ζ米米l:mi>
1米米l:mn>
=米米l:mo>
D米米l:mi>
t米米l:mi>
(米米l:mo>
η米米l:mi>
)米米l:mo>
- - - - - -米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
t米米l:mi>
D米米l:mi>
t米米l:mi>
(米米l:mo>
τ米米l:mi>
)米米l:mo>
- - - - - -米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
x米米l:mi>
D米米l:mi>
t米米l:mi>
(米米l:mo>
ξ米米l:mi>
)米米l:mo>
,米米l:mo>
ζ米米l:mi>
2米米l:mn>
=米米l:mo>
D米米l:mi>
x米米l:mi>
(米米l:mo>
η米米l:mi>
)米米l:mo>
- - - - - -米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
t米米l:mi>
D米米l:mi>
x米米l:mi>
(米米l:mo>
τ米米l:mi>
)米米l:mo>
- - - - - -米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
x米米l:mi>
D米米l:mi>
x米米l:mi>
(米米l:mo>
ξ米米l:mi>
)米米l:mo>
,米米l:mo>
ζ米米l:mi>
11米米l:mn>
=米米l:mo>
D米米l:mi>
t米米l:mi>
(米米l:mo>
ζ米米l:mi>
1米米l:mn>
)米米l:mo>
- - - - - -米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
t米米l:mi>
t米米l:mi>
D米米l:mi>
t米米l:mi>
(米米l:mo>
τ米米l:mi>
)米米l:mo>
- - - - - -米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
t米米l:mi>
x米米l:mi>
D米米l:mi>
t米米l:mi>
(米米l:mo>
ξ米米l:mi>
)米米l:mo>
,米米l:mo>
ζ米米l:mi>
12米米l:mn>
=米米l:mo>
D米米l:mi>
x米米l:mi>
(米米l:mo>
ζ米米l:mi>
1米米l:mn>
)米米l:mo>
- - - - - -米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
t米米l:mi>
t米米l:mi>
D米米l:mi>
x米米l:mi>
(米米l:mo>
τ米米l:mi>
)米米l:mo>
- - - - - -米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
t米米l:mi>
x米米l:mi>
D米米l:mi>
x米米l:mi>
(米米l:mo>
ξ米米l:mi>
)米米l:mo>
,米米l:mo>
ζ米米l:mi>
22米米l:mn>
=米米l:mo>
D米米l:mi>
x米米l:mi>
(米米l:mo>
ζ米米l:mi>
2米米l:mn>
)米米l:mo>
- - - - - -米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
t米米l:mi>
x米米l:mi>
D米米l:mi>
t米米l:mi>
(米米l:mo>
τ米米l:mi>
)米米l:mo>
- - - - - -米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
x米米l:mi>
x米米l:mi>
D米米l:mi>
t米米l:mi>
(米米l:mo>
ξ米米l:mi>
)米米l:mo>
,米米l:mo>
D米米l:mi>
t米米l:mi>
=米米l:mo>
∂米米l:mo>
∂米米l:mo>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
t米米l:mi>
∂米米l:mo>
∂米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
+米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
t米米l:mi>
x米米l:mi>
∂米米l:mo>
∂米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
x米米l:mi>
+米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
t米米l:mi>
t米米l:mi>
∂米米l:mo>
∂米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
…米米l:mo>
,米米l:mo>
D米米l:mi>
x米米l:mi>
=米米l:mo>
∂米米l:mo>
∂米米l:mo>
x米米l:mi>
+米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
x米米l:mi>
∂米米l:mo>
∂米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
+米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
x米米l:mi>
x米米l:mi>
∂米米l:mo>
∂米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
x米米l:mi>
+米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
t米米l:mi>
x米米l:mi>
∂米米l:mo>
∂米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
…米米l:mo>
。米米l:mo>
扩大(
2。2我们得到以下线性偏微分方程的超定组:
(2.4)米米l:mtext>
η米米l:mi>
- - - - - -米米l:mo>
η米米l:mi>
t米米l:mi>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
η米米l:mi>
x米米l:mi>
x米米l:mi>
=米米l:mo>
0米米l:mn>
,米米l:mo>
η米米l:mi>
u米米l:mi>
- - - - - -米米l:mo>
2米米l:mn>
τ米米l:mi>
t米米l:mi>
=米米l:mo>
0米米l:mn>
,米米l:mo>
2米米l:mn>
η米米l:mi>
t米米l:mi>
u米米l:mi>
- - - - - -米米l:mo>
τ米米l:mi>
t米米l:mi>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
τ米米l:mi>
x米米l:mi>
x米米l:mi>
=米米l:mo>
0米米l:mn>
,米米l:mo>
τ米米l:mi>
t米米l:mi>
- - - - - -米米l:mo>
ξ米米l:mi>
x米米l:mi>
=米米l:mo>
0米米l:mn>
,米米l:mo>
η米米l:mi>
u米米l:mi>
u米米l:mi>
- - - - - -米米l:mo>
2米米l:mn>
τ米米l:mi>
t米米l:mi>
u米米l:mi>
=米米l:mo>
0米米l:mn>
,米米l:mo>
τ米米l:mi>
u米米l:mi>
=米米l:mo>
0米米l:mn>
,米米l:mo>
ξ米米l:mi>
t米米l:mi>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
2米米l:mn>
η米米l:mi>
x米米l:mi>
u米米l:mi>
- - - - - -米米l:mo>
ξ米米l:mi>
x米米l:mi>
x米米l:mi>
=米米l:mo>
0米米l:mn>
,米米l:mo>
τ米米l:mi>
u米米l:mi>
u米米l:mi>
=米米l:mo>
0米米l:mn>
,米米l:mo>
ξ米米l:mi>
t米米l:mi>
- - - - - -米米l:mo>
τ米米l:mi>
x米米l:mi>
=米米l:mo>
0米米l:mn>
,米米l:mo>
ξ米米l:mi>
t米米l:mi>
u米米l:mi>
- - - - - -米米l:mo>
τ米米l:mi>
x米米l:mi>
u米米l:mi>
=米米l:mo>
0米米l:mn>
,米米l:mo>
ξ米米l:mi>
u米米l:mi>
u米米l:mi>
=米米l:mo>
0米米l:mn>
,米米l:mo>
ξ米米l:mi>
u米米l:mi>
=米米l:mo>
0米米l:mn>
,米米l:mo>
η米米l:mi>
u米米l:mi>
u米米l:mi>
- - - - - -米米l:mo>
2米米l:mn>
ξ米米l:mi>
x米米l:mi>
u米米l:mi>
=米米l:mo>
0米米l:mn>
。米米l:mo>
解决上述系统,我们获得以下无穷小发电机:
(2.5)米米l:mtext>
X米米l:mi>
1米米l:mn>
=米米l:mo>
∂米米l:mo>
∂米米l:mo>
t米米l:mi>
,米米l:mo>
X米米l:mi>
2米米l:mn>
=米米l:mo>
∂米米l:mo>
∂米米l:mo>
x米米l:mi>
,米米l:mo>
X米米l:mi>
3米米l:mn>
=米米l:mo>
x米米l:mi>
∂米米l:mo>
∂米米l:mo>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
t米米l:mi>
∂米米l:mo>
∂米米l:mo>
x米米l:mi>
。米米l:mo>
我们现在使用翻译对称性的线性组合<我nline-formula>
X米米l:mi>
1米米l:mn>
和<我nline-formula>
X米米l:mi>
2米米l:mn>
,即<我nline-formula>
X米米l:mi>
=米米l:mo>
X米米l:mi>
1米米l:mn>
+米米l:mo>
c米米l:mi>
X米米l:mi>
2米米l:mn>
和减少(
1.1一个普通的微分方程。对称<我nline-formula>
X米米l:mi>
收益率以下两个不变量:
(2.6)米米l:mtext>
χ米米l:mi>
=米米l:mo>
x米米l:mi>
- - - - - -米米l:mo>
c米米l:mi>
t米米l:mi>
,米米l:mo>
u米米l:mi>
=米米l:mo>
ϕ米米l:mi>
,米米l:mo>
使一群不变解<我nline-formula>
u米米l:mi>
=米米l:mo>
u米米l:mi>
(米米l:mo>
χ米米l:mi>
)米米l:mo>
因此使用这些不变量(
1.1)转化为二阶非线性ODE
(2.7)米米l:mtext>
(米米l:mo>
c米米l:mi>
2米米l:mn>
- - - - - -米米l:mo>
1米米l:mn>
)米米l:mo>
u米米l:mi>
′′米米l:mi>
- - - - - -米米l:mo>
u米米l:mi>
+米米l:mo>
u米米l:mi>
3米米l:mn>
=米米l:mo>
0米米l:mn>
。米米l:mo>