Một ví dụ vui về Bài toán ngược là bài toán đặt không chỉnh

Trong giờ học:

Giáo sư: Gần đây người ta phát minh ra một hệ thống máy móc, mà khi ta cho một con bò vào đầu vào của chiếc máy thì sản phẩm sẽ là một khẩu xúc xích.

Sinh viên: Thưa thầy, vậy đã có cái máy nào mà khi ta cho một khẩu xúc xích và thì nó ra một con bò chưa ạ?

Giáo sư: Cậu bao nhiêu tuổi?

Sinh viên: Em 20 ạ.

Giáo sư: Vậy hai mươi năm trước có một cái máy như thế đó.

____

Phân tích: Đây rõ ràng là bài toán ngược. Vì sao nó lại là đặt không chỉnh:

1. Nghiệm chưa chắc đã tồn tại: chắc gì đã ra con bò nào, nhỉ?

2. Nghiệm không duy nhất: Không phải đưa vào một khẩu xúc xích thì chỉ ra một và chỉ một con bò.

3. Nghiệm không ổn định, tức là không phụ thuộc vào điều kiện đầu của khẩu xúc xích: Ai chắc được nghiệm nhận được (con bò) lại “bị chặn” bởi khẩu xúc xích theo bất đẳng thức Poincaré? (còn hiểu theo nghĩa, chắc gì con bò ở kết quả đã chịu ảnh hưởng của khẩu xúc xích đó :) )

Bài toán Cauchy là bài toán đặt không chỉnh

Lấy một ví dụ sau, dễ thôi: Xét bài toán Dirichlet cho phương trình elliptic:

\begin{cases}-\Delta u=0, &0<x,y<\pi\\ u(0,y) = u(\pi,y)=0,\\u(x,0)=\sin  mx, u(x,\pi) = 0.\end{cases}

Bằng phương pháp tách biến, tìm nghiệm của bài toán dưới dạng u(x,y) = Y(y)\sin mx ta có thể dễ dàng tìm ra nghiệm của bài toán có dạng

u(x,y) = sh my\sin mx.

Rõ ràng nghiệm này là duy nhất, và nó bị chặn, nói cách khác nó thoả mãn bất đẳng thức

||u||_{\Omega}\leq C||u|| _{\partial\Omega}

ở đây \Omega = \{0<x<\pi, 0<y<\pi\}, chuẩn được xét có thể xem là trong H^1_0(\Omega). Ta nói nghiệm này ổn định, và rõ ràng bài toán Dirichlet là đặt chỉnh.

Bây giờ xét bài toán Cauchy tương tự trên

\begin{cases}-\Delta u=0, &0<x,y<\pi\\ u(0,y) = u(\pi,y)=0,\\u(x,0)=\sin  mx, \frac{\partial u}{\partial n}(x,0) = 0.\end{cases}

Cũng làm tương tự như trên, ta tìm được nghiệm dưới dạng

u(x,y) =ch my\sin mx.

Ta tìm chuẩn của nghiệm trong H^1(\Omega) được

||u(x,y)|| = ||u||+||\nabla u||=\frac{\pi}4+\frac{sh 2m \pi}{2m} ,

chuẩn này phân kỳ nhanh hơn cấp đa thức, còn trên biên thì nghiệm chỉ tăng cấp đa thức, như vậy nghiệm của bài toán Cauchy nói trên sẽ không ổn định. Theo nghĩa của Hadamard thì bài toán Cauchy sẽ là đặt không chỉnh.

Một tài liệu về Giải tích hàm – Phép tính toán tử

Một tài liệu PDEs khá cơ bản, hiện đại, nhưng bằng tiếng Pháp

Nếu bạn đọc được tiếng Pháp, thì có thể lấy các bài giảng sau về tham khảo, đây là bài giảng môn Phương trình đạo hàm riêng cho Học viên cao học của trường ĐHTH tại Marseille (Université de Provence), Pháp.

Nguồn: http://www.cmi.univ-mrs.fr/~rigat/
Download: Vào phần My Boxed (bên trái phía trên màn hình trang web, và bạn chọn lựa các chapitre là các bài giảng, cùng với các CorrChap là các phần lời giải cho các bài tập tương ứng với các chương).

Hy vọng sẽ giúp đỡ một phần nhu cầu tài liệu PDEs của bạn.

Vượt mốc 10000

Tuyệt vời thật, trang web này đã vượt qua mốc 10000 người tới tham quan. Xin cảm ơn các bạn đã quan tâm và mong rằng sẽ có nhiều dịp gặp nhau hơn nữa.