<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">cheb</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Чебышевский сборник</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Chebyshevskii Sbornik</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">2226-8383</issn><publisher><publisher-name>Tula State Lev Tolstoy  Pedagogical University</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.22405/2226-8383-2015-16-4-41-76</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">cheb-175</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>Статьи</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>Article</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>НАЧАЛЬНО-КРАЕВАЯ ЗАДАЧА ДЛЯ СИНГУЛЯРНО ВОЗМУЩЕННОГО ПАРАБОЛИЧЕСКОГО УРАВНЕНИЯ В СЛУЧАЯХ ДВУКРАТНОГО И ТРЁХКРАТНОГО КОРНЯ ВЫРОЖДЕННОГО УРАВНЕНИЯ</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>THE INITIAL-BOUNDARY VALUE PROBLEM FOR A SINGULARLY PERTURBED PARABOLIC EQUATION IN THE CASE OF DOUBLE AND TRIPLE ROOT OF THE DEGENERATE EQUATION</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Бутузов</surname><given-names>В. Ф.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Butuzov</surname><given-names>V. F.</given-names></name></name-alternatives><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Бычков</surname><given-names>А. И.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Bychkov</surname><given-names>A. I.</given-names></name></name-alternatives><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff xml:lang="ru" id="aff-1"><institution>Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова.</institution><country>Russian Federation</country></aff><pub-date pub-type="collection"><year>2015</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>04</day><month>07</month><year>2016</year></pub-date><volume>16</volume><issue>4</issue><fpage>41</fpage><lpage>76</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Бутузов В.Ф., Бычков А.И., 2016</copyright-statement><copyright-year>2016</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Бутузов В.Ф., Бычков А.И.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Butuzov V.F., Bychkov A.I.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://www.chebsbornik.ru/jour/article/view/175">https://www.chebsbornik.ru/jour/article/view/175</self-uri><abstract><p>В статье рассматриваются две начально-краевые задачи для сингулярно возмущенного параболического уравнения ε 2 (ut − ∆u) = f(u, x, y, t, ε), (x, y, t) ∈ g × (0 &lt; t ≤ T), где ε — малый параметр, ∆ — оператор Лапласа, в случаях когда вырож- денное уравнение f(u, x, y, t, 0) = 0 имеет корень u = φ(x, y, t), кратность которого равна двум или трём. Установлены условия, при которых каж- дая задача имеет решение погранслойного типа, построены и обоснованы асимптотики этих решений при ε −→ 0, состоящие из регулярного ряда и нескольких погранслойных рядов. В отличие от хорошо известного случая, когда вырожденное уравнение имеет простой (однократный) корень, асимптотическое разложение погранслойного решения в случае кратного корня ведётся не по целым, а по дробным степеням малого параметра, причём эти дробные степени и также масштабы погранслойных переменных зависят от кратности корня вырожденного уравнения. Ещё одно существенное отличие состоит в том, что пограничный слой в окрестности начального момента времени оказывается трёхзонным с различным характером убывания пограничных функций и различными масштабами погранслойной переменной в разных зонах. Сам алгоритм построения пограничных функций, известный для случая простого корня, становится непригодным и требует существенной модификации. Это относится к пограничным функциям, описывающим погранслойное поведение решения в окрестности начального момента времени, а также к угловым пограничным функциям, играющим важную роль в окрестности кривой ∂g×(t = 0). Предложенный модифицированный алгоритм позволяет построить единые пограничные функции, описывающие поведение решения во всех трёх зонах пограничного слоя. В этом состо- ит преимущество предложенного алгоритма перед методом сращивания асимптотических разложений, когда в каждой зоне асимптотика строится раздельно, а затем производится сращивание (согласование) разложений, построенных в разных зонах. Обоснование асимптотики (т. е. доказательство теоремы о существовании решения с построенной асимптотикой) проводится с помощью асимптотического метода дифференциальных неравенств, суть которого состоит в том, что подходящие нижнее и верхнее решения задачи строятся с помощью формальной асимптотики.</p><p> </p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The article considers two initial-boundary value problems for a singularly perturbed parabolic equation ε 2 (ut − ∆u) = f(u, x, y, t, ε), (x, y, t) ∈ g × (0 &lt; t ≤ T), where ε is a small positive parameter, ∆ is the Laplas operator, for cases where degenerate equation f(u, x, y, t, 0) = 0 has root u = φ(x, y, t) of multiplicity 2 or 3. Conditions are determined in each case for the problem to have a solution of boundary-layer type. Asymptotics are found and justified for epsilon ε −→ 0, which consist of a regular part and a few boundary-layer series. Unlike a well-known case of a single root of degenerate equation, boundarylayer solution asymptotic in case of a multiple root is constructed as a series in fractional powers of the small parameter, and these powers as well as scales of boundary layer variables depend on a multiplicity of the degenerate equation root. Another substantial difference is that three-zones of the boundary layer in a neighborhood of the initial time exist. These zones differ in decay behavior of boundary-level functions and scales of boundary-level value. The existing algorithm for constructing boundary-layer functions in case of a single root gives unacceptable results and needs significant modifications. This holds for boundary-layer functions describing boundary-layer behavior of the solution in a neighborhood of initial time as well as for angular boundarylayer functions, which play role in a neighborhood of the curve ∂g × (t = 0). Proposed here modified algorithm allows for constructing unified boundarylevel functions for all three boundary-layer zones. This is an advantage of this method in comparison to the method of coordination of asymptotic decomposition, where a separate asymptotic is found for each zone and then they are coordinated with each other. Asymptotic justification (i.e. existence of the solution with this asymptotic) is made using the asymptotic method of differential inequalities, that is lower and higher solutions of the problem are found using formal asymptotics.</p><p> </p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>сингулярно возмущенные параболические уравнения</kwd><kwd>погранслойная асимптотика</kwd><kwd>случай кратных корней вырожденного уравнения</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>singularly perturbed parabolic equations</kwd><kwd>boundary layer asymptotics</kwd><kwd>double and triple root of the degenerate equation</kwd></kwd-group><funding-group><funding-statement xml:lang="ru">Работа выполнена при поддержке РФФИ (код проекта 15-01-04619)</funding-statement></funding-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Васильева А. Б., Бутузов В. Ф. Асимптотические методы в теории сингулярных возмущений. М.: Высш. шк. 1990.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Vasil’eva, A. B. &amp; Butuzov, V. F. 1990, “Asymptotic Methods in the Singular Perturbation Theory”, Moscow: Vyssh. Shkola. (In Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бутузов В. Ф., Нестеров А. В. Об одном сингулярно возмущённом уравнении параболического типа // Вестник Моск. ун-та. Сер. вычисл. математики и киберн. 1973. №2. С. 49–56.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Butuzov V. F. &amp; Nesterov A. V. 1973, “On a singularly perturbed parabolic equation”, Vestnik Moskovskogo Universiteta., vol. 2, pp. 49–56. (In Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Vasil’eva, A. B., Butuzov, V. F. Singularly perturbed differential equations of parabolic type // Lecture Notes in Mathematics 985, Asymptotic Analysis II. 1983. Springer-Verlag. pp. 38–75.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Vasil’eva, A. B. &amp; Butuzov, V. F. 1983, “Singularly perturbed differential equations of parabolic type”, Lecture Notes in Mathematics 985, Asymptotic Analysis II. Springer-Verlag, pp. 38–75.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бутузов В. Ф., Бычков А. И. Асимптотика решения начально-краевой за- дачи для сингулярно возмущенного параболического уравнения в случае двукратного корня вырожденного уравнения // Дифференц. уравнения. 2013. Т. 49, №10. С. 1295–1307.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Butuzov V. F. &amp; Bychkov A. I. 2013, “Asymtotics of the Solution of an InitialBoundary Value Problem for a Singularly Perturbed Parabolic Equation in the Case of Double Root of the Degenerate Equation”, Differential Equations, vol. 49, pp. 1–13. (English. Russian original)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ильин А. М. Согласование асимптотических разложений решений краевых задач. М.: Наука, 1989.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Il’in A. M. 1989, “Matching of asymptotic expansions of solutions of boundary value problems”, Nauka, Moscow. (In Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Нефедов Н. Н. Метод дифференциальных неравенств для некоторых сингулярно возмущенных задач в частных производных// Дифференц. уравнения. 1995. Т. 31, №4, С. 719–722.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Nefedov N. N. 1995, “The method of differential inequalities for some classes of nonlinear singularly perturbed problems in partial derivatives”, Differential Equations, vol. 31, no. 4, pp. 719–722. (In Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Pao C. V. Nonlinear parabolic and elliptic equations. New York: Plenum Press. 1992.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Pao C. V. 1992, “Nonlinear parabolic and elliptic equations“, New York: Plenum Press.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Васильева А. Б. Асимптотика решений некоторых задач для обыкновенных нелинейных дифференциальных уравнений с малым параметром при старшей производной // Успехи мат. наук. 1963. Т. 18, №3. С. 15–86.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Vasil’eva, A. B. 1963, “The asymptotic behavior of solutions of some problems for nonlinear ordinary differential equations with a small parameter at the highest derivative“, Russian Mathematical Surveys, vol. 18, no. 3. pp. 15–86. (In Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бутузов В. Ф. Асимптотика решения уравнения µ 2∆u−k 2 (x, y)u = f(x, y) в прямоугольной области // Дифференц. уравнения. 1973. Т. 9, №9. С. 1654– 1660.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Butuzov V. F. 1973, “The asymptotic solution of the equation µ 2∆u−k 2 (x, y)u = = f(x, y) in a rectangular area“, Differential Equations, vol. 9, no. 9. pp. 1654– 1660. (In Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бутузов В. Ф. Угловой погранслой в сингулярно возмущённых задачах с частными производными // Дифференц. уравнения. 1979. Т. 15, №10. С. 1848–1862.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Butuzov V. F. 1979, “The angular boundary layer in singularly perturbed problems with partial derivatives“, Differential Equations, vol. 15, no. 10. pp. 1848–1862. (In Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Денисов И. В. Угловой погранслой в нелинейных сингулярно возмущённых эллиптических задачах // Журн. вычисл. математики и мат. физики. 2008. Т. 48. №1. С. 62–79.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Denisov I. V. 2008, “Corner boundary layer in nonlinear singularly perturbed elliptic problems“, Computational Mathematics and Mathematical Physics, vol. 48, no. 1. pp. 62–79. (In Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бутузов В. Ф. О периодических решениях сингулярно возмущённых параболических задач в случае кратных корней вырожденного уравнения // Журнал вычисл. математики и мат. физики. 2011. Т. 51. №1. С. 44–55.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Butuzov V. F. 2011, “On Periodic Solutions to Singularly Perturbed Parabolic Problems in the Case of Multiple Roots of the Degenerate Equation“, Computational Mathematics and Mathematical Physics, vol. 51, no. 1, pp. 44–55. (English. Russian original)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бутузов В. Ф. Об особенностях пограничного слоя в сингулярно возмущённых задачах с кратным корнем вырожденного уравнения // Мат. замет-ки. 2013. Т. 94, вып. 1. С. 68–80.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Butuzov V. F. 2013, “On Special Properties of the Boundary Layer in Singularly Perturbed Problems with Multiple Root of the Degenerate Equation“, Mathematical Notes, vol. 94, no. 1. pp. 68–80. (English. Russian original)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Butuzov V. F., Nefedov N. N., Recke L., Schnieder K. R. On a singularly perturbed initial value problem in the case of a double root of the degenerate equation // Nonlinear Analysis. 83. (2013). pp. 1–11.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Butuzov V. F., Nefedov N. N., Recke L. &amp; Schnieder K. R. 2013, “On a singularly perturbed initial value problem in the case of a double root of the degenerate equation“, Nonlinear Analysis, vol. 83, pp. 1–11.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Белошапко В. А., Бутузов В. Ф. Сингулярно возмущенная эллиптическая задача в случае кратного корня вырожденного уравнения // Журн. вычисл. математики и мат. физики. 2013. Т. 53, №8. С. 65–75.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Beloshapko V. A. &amp; Butuzov V. F. 2013, “A Singularly Perturbed Elliptic Problem in the Case of a Multiple Root of the Degenerate Equation“, Differential Equations, vol. 53, no. 8, pp. 65–75. (English. Russian original)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бутузов В. Ф. Асимптотика решения системы сингулярно возмущенных уравнений в случае кратного корня вырожденного уравнения // Дифференц. уравнения. 2014. Т. 50, №2. С. 175–186.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Butuzov V. F. 2014, “Asymptotics of the Solution of a System of Singularly Perturbed Equations in the Case of a Multiple Root of the Degenerate Equation“, Differential Equations, vol. 50, no. 2, pp. 175–186. (English. Russian original)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бутузов В. Ф. Сингулярно возмущенная краевая задача с многозначным внутренним переходным слоем // Моделирование и анализ информ. систем. 2015. Т. 22, №1. С. 5–22.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Butuzov V. F. 2015, “A singularly perturbed boundary value problem with a multi-valued internal transition layer“, Modeling and Analysis of Information Systems (MAIS), vol. 22, no. 1, pp. 5–22. (In Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
