Geschreven door studenten die geslaagd zijn Direct beschikbaar na je betaling Online lezen of als PDF Verkeerd document? Gratis ruilen 4,6 TrustPilot
logo-home
College aantekeningen

Summaries of all lecture notes in APM346, you will be good to go if you are able to understand everything shown in the notes

Beoordeling
-
Verkocht
-
Pagina's
12
Geüpload op
12-12-2022
Geschreven in
2019/2020

Summaries of all lecture notes in APM346, you will be good to go if you are able to understand everything shown in the notes

Instelling
Vak

Voorbeeld van de inhoud

May 6, 2020 APM346 – Week 2 Justin Ko


1 The Transport Equation
The transport equation models the concentration of a substance flowing in a fluid at a constant rate.
Definition 1. For parameters c ∈ R, the transport equation on R × R+ is
ut + cux = 0. (1)
The corresponding IVP for the transport equation is
(
ut + cux = 0 x ∈ R, t > 0
(2)
u|t=0 = f (x) x ∈ R.

The solution to this equation is derived using a method called the method of characteristics.
Theorem 1 (Solution to the Transport Equation)

(a) The general solution to (1) is
u(x, t) = φ(x − ct), (3)
where φ is an arbitrary function.
(b) The particular solution to (2) is
u(x, t) = f (x − ct). (4)



1.1 Derivation of the General Solution
We give two derivations of (3). Consider the general constant coefficient equation on R2
aux + buy = 0. (5)

1.1.1 Method 1: Integral Curves
We present a geometric derivation of general solution. If we define ~c = (a, b), then the (5) can be
written as
∇c u := ~c · ∇u = aux + buy = 0.
That is, the directional derivative of u in direction ~c is 0, so u is constant along the lines parallel to ~c.
y




x




Page 1 of 12

, May 6, 2020 APM346 – Week 2 Justin Ko


b
Notice that the vector ~c has corresponds to lines with slope a, so it described by the integral curves
satisfying the characteristic equations
dy b dx dy
= =⇒ = . (6)
dx a a b
b
The equations for lines with slope a can be recovered by integrating (6),

dx dy
= =⇒ ay = bx + C =⇒ ay − bx = C.
a b
Therefore, the solution only depends on the family of characteristic curves of the form ay − bx = C.
These lines can be parameterized by C, so

u(x, y) = φ(C) = φ(ay − bx)

for some function φ : R → R.

1.1.2 Method 2: Change of Variables
Using the characteristic equations
dx dy
= , (7)
a b
we can do a change of variables to reduce the PDE into an ODE. Integrating (7) implies

dx dy C + bx
= =⇒ ay = bx + C =⇒ ay − bx = C =⇒ y = .
a b a
We now treat y as a function of C and x and define
C + bx
v(x, C) := u(x, y(C, x)) where y(C, x) := .
a
By the multivariable chain rule,
∂ ∂ b
v(x, C) = ux + uy · y(C, x) = ux + uy · = 0.
∂x ∂x a
since u satisfies the equation (5). This is now an ODE in x, so we can integrate both sides with respect
to x to conclude that the general solution is of the form

v(x, C) = φ(C)

for some function φ : R → R. Since C = ay − bx and v(x, C) = u(x, y), we can write this equation
back in terms of u to conclude

u(x, y) = v(x, ay − bx) = φ(ay − bx).



Remark 1. We could’ve also written x as a function of y. If we did this, then we will have to treat
x as a function of C and y,
ay − C
x(C, y) = .
b
One can check that this choice of change of variables will give us the same solution.
Remark 2. One can check that Method 2 works even when a = 0 or b = 0 after a small modification.


Page 2 of 12

Geschreven voor

Instelling
Studie
Vak

Documentinformatie

Geüpload op
12 december 2022
Aantal pagina's
12
Geschreven in
2019/2020
Type
College aantekeningen
Docent(en)
Justin ko
Bevat
Alle colleges

Onderwerpen

$8.49
Krijg toegang tot het volledige document:

Verkeerd document? Gratis ruilen Binnen 14 dagen na aankoop en voor het downloaden kun je een ander document kiezen. Je kunt het bedrag gewoon opnieuw besteden.
Geschreven door studenten die geslaagd zijn
Direct beschikbaar na je betaling
Online lezen of als PDF

Maak kennis met de verkoper
Seller avatar
9kfhgia89h1

Ook beschikbaar in voordeelbundel

Maak kennis met de verkoper

Seller avatar
9kfhgia89h1 Various
Volgen Je moet ingelogd zijn om studenten of vakken te kunnen volgen
Verkocht
1
Lid sinds
3 jaar
Aantal volgers
1
Documenten
12
Laatst verkocht
3 jaar geleden

0.0

0 beoordelingen

5
0
4
0
3
0
2
0
1
0

Recent door jou bekeken

Waarom studenten kiezen voor Stuvia

Gemaakt door medestudenten, geverifieerd door reviews

Kwaliteit die je kunt vertrouwen: geschreven door studenten die slaagden en beoordeeld door anderen die dit document gebruikten.

Niet tevreden? Kies een ander document

Geen zorgen! Je kunt voor hetzelfde geld direct een ander document kiezen dat beter past bij wat je zoekt.

Betaal zoals je wilt, start meteen met leren

Geen abonnement, geen verplichtingen. Betaal zoals je gewend bent via iDeal of creditcard en download je PDF-document meteen.

Student with book image

“Gekocht, gedownload en geslaagd. Zo makkelijk kan het dus zijn.”

Alisha Student

Bezig met je bronvermelding?

Maak nauwkeurige citaten in APA, MLA en Harvard met onze gratis bronnengenerator.

Bezig met je bronvermelding?

Veelgestelde vragen