Chương 1 KIÊN THỨC CƠ SỞ 1.1 Tinh hyperbolic, tinh phi hyperbolic ngặt Cho © 1a mét tap hop mo trong R”’. Gia st trén Q xac dinh d ham kha vi lién tuc voi gia tri véc-to f,: QR’, 1S jd. Dạng tông quát của hệ bảo toàn nhiều biến không gian là ou đô + ——ƒf(„)=0, x=(x,x,,.1) trong đó ấn hàm ¿=u(+,f), xe R“, >0 là một hàm với giá trị véc-tơ từ Ñ“ x[0,+©) vào Q: hij A ay Ga r re ` z ` taj oan , Tập O được gọi là tập các trạng thái và các hàm ƒ =|. được gọi là các f Pj ham thông lượng.
Hơn nữa, ta nói hệ (1.1) được viết dưới dạng bảo toàn. Với ma trận Jacobi của ƒ,() là of, A, = J j(u) - ø) , j=L2,. lsi,kSp Uy Ý nghĩa vật lý Một cách hình thức, hệ (1.1) biểu thị sự bảo toàn của p đại lượng u„u,. That vay, gid st DCR là một miền tùy ý.
Gọi pp Uy y, & y y UU, n=(m,n,,.n,)" là véc-tơ pháp tuyến đơn vị hướng ra ngoài biên ôD của D. Khi đó lấy tích phân trên Ð hai về (1.1) và sử dụng Định lý Gauss- Green, ta co: d d ate XL] feonas =0. Phương trình này có một ý nghĩa cân bằng tự nhiên: biến đổi theo thời gian của đại lượng [ưa đúng bằng lượng thấm qua biên D D Bây giờ ta định nghĩa hệ hyperbolic các luật bảo toàn.1) được gọi là hyperbolic nếu với mỗi uEeQ va voi bat ky O=(Q,0,,.1) duoc goi la hyperbolic ngat, nếu tat cả cac gid tri riéng A,(u,@) cua ma trận A(u.@) là phân biệt: A,(u,@) <A,(U,@) <. Giả sử hệ (1.1) là hệ hyperbolic.
Vì một ma trận và một ma trận chuyền VỊ của nó có cùng tập các giá trị riêng nên tồn tại các véc-tơ riêng /,(w,ø) ứng với mỗi giá trị riêng 4, (w,øœ) của ma trận A’ (u,@), ttre là: A’ (u,@)I,(u) =A,(u, @)l,(u,@), k =1,.,p- Lấy chuyên vị hai về ta được l0 A(u, @) =/,(u,@)I; (u,@), k =1,.,p- Từ đó, véc-tơ /, thường được gọi là véc-tơ riêng trái, và các véc-tơ 7 thường được gọi là các véc-tơ riêng phải của ma trận A. Bài toán Cauchuy đối với hệ (1.1) là bài toán sau đây: Tìm hàm số u: R“ x[0,+œ) —> O là nghiệm của hệ phương trình (1.1) thỏa mãn điều kiện đầu: u(x,0) = uy (x), xeR’, (1.2) trong đó uạ : R“ —>© là một hàm cho trước. Trong trường hợp x là biến một chiều và u, cd dang: {ie x<0 Uy(x) = (1.3) Up, X>0 Bài toán Cauchy với u, cd dang (1.3) được gọi là bài toán Riemann Gia su hé (1. Vì 4, z 4, nên ta nhận được (1.
Phương trình khí động học nhiều chiều trong tọa độ Euler: 3 lội ; `.5) X, trong đó ø 1a dé tru mat, u=(u,,u,,u,) la van tốc, p là áp suất, ¢ la nang 2 |u| lượng nội tại riêng (trên một đơn vị khối lượng) , và e= £+ ˆ là tổng năng lượng riêng. Các phương trình (1.5) biểu thị tương ứng các luật bảo toàn về khối lượng, động lượng, và năng lượng. Các biến nhiệt động học là p, p,é. 7 là nhiệt độ tuyệt đối, Š là entropy.
Các biến nhiệt động học ràng buộc với nhau bởi đồng nhất thức động lực học de =Tds — pdv trong do v= 5 là dung tích riêng. Bắt kỳ một biến nhiệt động học nào đều có thể biểu diễn được như là một hàm của hai biến nhiệt động học khác. Mối liên hệ này thường được thể hiện dưới dạng các phương trình trạng thái đặc trưng cho lưu chất đang xét. Thông thường các phương trình trạng thái được cho dưới dạng p= PŒ.
hoặc dưới dạng p=pQ. Chang han, với khí ly tưởng, phương trình trạng thái có dạng p=Œ-l)Øe. Bây giờ ta hãy chứng tỏ hệ (1.5) có dạng tổng quát (1.