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First-order partial differential equation

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5528: 1951: 5277: 165:. If a family of solutions of a single first-order partial differential equation can be found, then additional solutions may be obtained by forming envelopes of solutions in that family. In a related procedure, general solutions may be obtained by integrating families of ordinary differential equations. 1740: 4196:
If a complete integral is not available, solutions may still be obtained by solving a system of ordinary equations. To obtain this system, first note that the PDE determines a cone (analogous to the light cone) at each point: if the PDE is linear in the derivatives of
7104: 5523:{\displaystyle (*)\left\{{\begin{array}{*{20}{c}}\sum \limits _{ij}^{}{a_{ij}^{(1)}{\dfrac {\partial {y_{j}}}{\partial {x_{i}}}}}+{f_{1}}=0\\\vdots \\\sum \limits _{ij}^{}{a_{ij}^{(n)}{\dfrac {\partial {y_{j}}}{\partial {x_{i}}}}}+{f_{n}}=0\end{array}}\right.} 6754: 177:
to the first order partial differential equation is a solution which contains an arbitrary function. But, the solution to the first order partial differential equations with as many arbitrary constants as the number of independent variables is called the
5779: 6100: 388:
The solutions are described in relatively simple manner in two or three dimensions with which the key concepts are trivially extended to higher dimensions. A general first-order partial differential equation in three dimensions has the form
5138: 6550: 898:. Note that the elimination of constants leading to the partial differential equation need not be unique, i.e., two different equations can result in the same complete integral, for example, elimination of constants from the relation 1583: 1461: 1339: 2695: 4054: 6961: 6656: 6286: 302: 144: 4191: 6421: 1729: 3393: 2476: 2381: 2286: 1946:{\displaystyle J={\frac {\partial (a,b,c)}{\partial (x,y,z)}}={\begin{aligned}{\begin{vmatrix}a_{x}&a_{y}&a_{z}\\b_{x}&b_{y}&b_{z}\\c_{x}&c_{y}&c_{z}\end{vmatrix}}\end{aligned}}} 3786: 4879: 4779: 4666: 3719: 3652: 370: 2553: 1177: 3486:
Usually, most integrals fall into three categories defined above, but it may happen that a solution does not fit into any of three types of integrals mentioned above. These solutions are called
1810: 982: 2866: 4303: 2803: 6999: 7169: 4390: 544: 2191: 6856: 6667: 5894: 4460: 4534: 805: 755: 705: 615: 465: 5972: 5200: 3920: 6142: 5658: 3541: 1064:
Once a complete integral is found, a general solution can be constructed from it. The general integral is obtained by making the constants functions of the coordinates, i.e.,
5977: 896: 2095: 1028: 5626: 3129: 4932: 6805: 5835: 3219: 3184: 3088: 3021: 5231: 6322: 3853: 3827: 3583: 3472: 3434: 3317: 3291: 3253: 2973: 2947: 2048: 1624: 1215: 834: 653: 5653: 5585: 5558: 4089: 3053: 2130: 1644: 4940: 2010: 1984: 1054: 6432: 2576: 5921: 5802: 5255: 3940: 3149: 2909: 2889: 2738: 2718: 4671:
This direction corresponds to the light rays for the wave equation. To integrate differential equations along these directions, we require increments for
1467: 1345: 1223: 2584: 3948: 6864: 150: 7372: 6561: 6181: 188: 836:, the above three relations can be used to eliminate three constants and obtain an equation (original partial differential equation) relating 38: 4097: 1217:
are unaltered so that the elimination process from complete integral can be utilized. Differentiation of the complete integral now provides
5271:
An equivalent description is given. Two definitions of linear dependence are given for first-order linear partial differential equations.
6334: 1652: 3325: 2386: 2291: 2196: 7340: 7321: 7302: 7270: 2050:
because whenever a determinant is zero, the columns (or rows) are not linearly independent. Take this functional relation to be
3725: 4785: 4685: 4562: 3658: 3591: 310: 2481: 1067: 25: 901: 7099:{\displaystyle {\frac {1}{c}}|{\vec {x}}-{\vec {x_{0}}}\,|\quad {\hbox{is stationary for}}\quad {\vec {x_{0}}}\in S.\,} 2809: 4215: 2746: 1588:
in which we require the right-hand side terms of all the three equations to vanish identically so that elimination of
7112: 4314: 6749:{\displaystyle |{\vec {p}}\,|={\frac {1}{c}},\quad {\text{and}}\quad {\vec {x_{0}}}\quad {\text{is arbitrary}}.\,} 5266:
Courant, R. & Hilbert, D. (1962), Methods of Mathematical Physics: Partial Differential Equations, II, p.15-18
473: 162: 2135: 6810: 4395:
The envelope of these planes is a cone, or a line if the PDE is quasi-linear. The condition for an envelope is
4401: 1646:
results in the partial differential equation. This requirement can be written more compactly by writing it as
5840: 4468: 6156: 761: 711: 661: 549: 6163:(with gauge conditions) are well-determined in definition II, whereas are over-determined in definition I. 395: 6152: 5774:{\textstyle {Z_{k}}\equiv \sum _{ij}^{}{a_{ij}^{(k)}{\frac {\partial {y_{j}}}{\partial {x_{i}}}}}+{f_{k}}} 154: 6770:
are held fixed, the envelope of these solutions is obtained by finding a point on the sphere of radius 1/
6095:{\textstyle \sum _{k}{{c_{k}}{Z_{k}}}+\sum _{kl}{{d_{kl}}{\frac {\partial }{\partial {x_{l}}}}{Z_{k}}=0}} 5926: 5146: 3866: 6109: 3493: 6160: 839: 2056: 987: 5590: 3093: 4887: 6781: 5807: 3189: 3154: 3058: 2982: 7336: 7317: 7298: 7290: 7266: 7225: 6148: 5213: 6294: 5133:{\displaystyle dx:dy:du:dp:dq=F_{p}:F_{q}:(pF_{p}+qF_{q}):(-F_{x}-F_{u}p):(-F_{y}-F_{u}q).\,} 4201:(it is quasi-linear), then the cone degenerates into a line. In the general case, the pairs ( 3832: 3794: 3550: 3439: 3401: 3296: 3258: 3232: 2952: 2914: 2015: 1591: 1182: 813: 620: 6545:{\displaystyle {\vec {x}}=(x,y,z)\quad {\hbox{and}}\quad {\vec {p}}=(u_{x},u_{y},u_{z}).\,} 5631: 5563: 5536: 4062: 3026: 2103: 1629: 7252: 1989: 1963: 1033: 6985:=0. The solution is obtained by taking the envelope of all the spheres with centers on 2558: 5906: 5787: 5240: 3925: 3134: 2894: 2874: 2723: 2703: 377: 7366: 7256: 6172: 5257:
equations are independent, i.e., that none of them can be deduced from the other by
5202:. General solutions of the PDE can then be obtained from envelopes of such conoids. 1578:{\displaystyle \phi _{z}+r\phi _{u}=-(a_{z}\phi _{a}+b_{z}\phi _{b}+c_{z}\phi _{c})} 1456:{\displaystyle \phi _{y}+q\phi _{u}=-(a_{y}\phi _{a}+b_{y}\phi _{b}+c_{y}\phi _{c})} 1334:{\displaystyle \phi _{x}+p\phi _{u}=-(a_{x}\phi _{a}+b_{x}\phi _{b}+c_{x}\phi _{c})} 6973:
The initial value problem for this equation consists in specifying a level surface
2690:{\displaystyle (\phi _{a}+\phi _{c}\psi _{a})da+(\phi _{b}+\phi _{c}\psi _{b})db=0} 6966:
These solutions correspond to spheres whose radius grows or shrinks with velocity
7260: 158: 17: 4049:{\displaystyle \phi (x,y,z,a,\psi (a))=0,\quad \phi _{a}+\psi _{a}\phi _{b}=0.} 7333:
Handbook of Linear Partial Differential Equations for Engineers and Scientists
6956:{\displaystyle u({\vec {x}})=\pm {\frac {1}{c}}|{\vec {x}}-{\vec {x_{0}}}\,|.} 7351: 6651:{\displaystyle u({\vec {x}})={\vec {p}}\cdot ({\vec {x}}-{\vec {x_{0}}}),\,} 6281:{\displaystyle u_{t}^{2}=c^{2}\left(u_{x}^{2}+u_{y}^{2}+u_{z}^{2}\right).\,} 161:
problems, and in simple models for gas dynamics whose solution involves the
4209:) that satisfy the equation determine a family of planes at a given point: 372:. The below discussions on the type of integrals are based on the textbook 7229: 297:{\displaystyle \phi (x_{1},x_{2},\dots ,x_{n},u,a_{1},a_{2},\dots ,a_{n})} 1957: 149:
Such equations arise in the construction of characteristic surfaces for
139:{\displaystyle F(x_{1},\ldots ,x_{n},u,u_{x_{1}},\ldots u_{x_{n}})=0.\,} 5143:
The integration of these equations leads to a ray conoid at each point
4186:{\displaystyle \phi (x,y,z,a,b)=0,\quad \phi _{a}=0,\quad \phi _{b}=0.} 7352:"The Method of Characteristics with applications to Conservation Laws" 6416:{\displaystyle u_{x}^{2}+u_{y}^{2}+u_{z}^{2}={\frac {1}{c^{2}}}.\,} 4059:
The singular integral if it exists can be obtained by eliminating
2132:
is found, the problem is solved. From the above relation, we have
1724:{\displaystyle J\phi _{a}=0,\quad J\phi _{b}=0,\quad J\phi _{c}=0} 6555:
A family of solutions with planes as level surfaces is given by
3863:
The complete integral in two-dimensional space can be written as
3855:
will turn out to be one of the three integrals described before.
617:
be the complete integral that contains three arbitrary constants
4679:
along the ray. This can be obtained by differentiating the PDE:
3388:{\displaystyle \phi _{a}=0,\quad \phi _{b}=0,\quad \phi _{c}=0.} 2471:{\displaystyle (a_{z}\phi _{a}+b_{z}\phi _{b}+c_{z}\phi _{c})=0} 2376:{\displaystyle (a_{y}\phi _{a}+b_{y}\phi _{b}+c_{y}\phi _{c})=0} 2281:{\displaystyle (a_{x}\phi _{a}+b_{x}\phi _{b}+c_{x}\phi _{c})=0} 28:
that involves only first derivatives of the unknown function of
7262:
Methods of Mathematical Physics: Partial Differential Equations
3543:
that satisfies the partial differential equation is said to a
655:. From this we can obtain three relations by differentiation 4556:=0. Hence the generator of the cone is a line with direction 7242:
Forsyth, A. R. (1928). A treatise on differential equations.
3398:
The three equations can be used to solve the three unknowns
5517: 7199:
is the envelope of these spherical waves. The normals to
5206:
Definitions of linear dependence for differential systems
7175:. Thus the envelope corresponds to motion with velocity 3781:{\displaystyle \phi _{z}\chi _{u}-\chi _{z}\phi _{u}=0.} 7312:
Polyanin, A. D.; Zaitsev, V. F.; Moussiaux, A. (2002).
4874:{\displaystyle F_{y}+F_{u}q+F_{p}q_{x}+F_{q}q_{y}=0,\,} 4774:{\displaystyle F_{x}+F_{u}p+F_{p}p_{x}+F_{q}p_{y}=0,\,} 4661:{\displaystyle dx:dy:du=F_{p}:F_{q}:(pF_{p}+qF_{q}).\,} 3714:{\displaystyle \phi _{y}\chi _{u}-\chi _{y}\phi _{u}=0} 3647:{\displaystyle \phi _{x}\chi _{u}-\chi _{x}\phi _{u}=0} 2979:. Thus a general integral describes a relation between 7314:
Handbook of First Order Partial Differential Equations
7060: 6474: 5980: 5843: 5661: 5295: 1818: 365:{\displaystyle {\text{det}}|\phi _{x_{i}a_{j}}|\neq 0} 7115: 7002: 6867: 6813: 6784: 6670: 6564: 6435: 6337: 6297: 6184: 6144:, this definition degenerates into the definition I. 6112: 5929: 5909: 5810: 5790: 5634: 5593: 5566: 5539: 5452: 5339: 5280: 5243: 5216: 5149: 4943: 4890: 4788: 4688: 4565: 4471: 4404: 4317: 4218: 4100: 4065: 3951: 3928: 3869: 3835: 3797: 3728: 3661: 3594: 3553: 3496: 3442: 3404: 3328: 3299: 3261: 3235: 3192: 3157: 3137: 3096: 3061: 3029: 2985: 2955: 2917: 2897: 2877: 2812: 2749: 2726: 2706: 2587: 2561: 2548:{\displaystyle \phi _{a}da+\phi _{b}db+\phi _{c}dc=0} 2484: 2389: 2294: 2199: 2138: 2106: 2059: 2018: 1992: 1966: 1743: 1655: 1632: 1594: 1470: 1348: 1226: 1185: 1070: 1036: 990: 904: 842: 816: 764: 714: 664: 623: 552: 476: 398: 313: 191: 41: 1179:. These functions are chosen such that the forms of 1172:{\displaystyle a=a(x,y,z),\,b=b(x,y,z),\,c=c(x,y,z)} 3151:zero, but this is not always needed. The relations 977:{\displaystyle u={\sqrt {(x-a)^{2}+(y-b)^{2}}}+z-c} 7356:Journal of Online Mathematics and Its Applications 7163: 7098: 6955: 6850: 6799: 6748: 6650: 6544: 6415: 6316: 6280: 6136: 6094: 5966: 5915: 5888: 5829: 5796: 5773: 5647: 5620: 5579: 5552: 5522: 5249: 5225: 5194: 5132: 4926: 4873: 4773: 4660: 4528: 4454: 4384: 4297: 4185: 4083: 4048: 3934: 3922:. The general integral is obtained by eliminating 3914: 3847: 3821: 3780: 3713: 3646: 3577: 3535: 3466: 3428: 3387: 3311: 3285: 3247: 3213: 3178: 3143: 3123: 3082: 3047: 3015: 2967: 2941: 2903: 2883: 2860: 2797: 2732: 2712: 2689: 2570: 2547: 2470: 2375: 2280: 2185: 2124: 2089: 2042: 2012:, then there exists a functional relation between 2004: 1978: 1945: 1723: 1638: 1618: 1577: 1455: 1333: 1209: 1171: 1048: 1022: 976: 890: 828: 799: 749: 699: 647: 609: 538: 459: 364: 296: 138: 6175:are level surfaces for solutions of the equation 2861:{\displaystyle (\phi _{b}+\phi _{c}\psi _{b})=0.} 4298:{\displaystyle u-u_{0}=p(x-x_{0})+q(y-y_{0}),\,} 2798:{\displaystyle (\phi _{a}+\phi _{c}\psi _{a})=0} 182:. The following n-parameter family of solutions 5235: 7265:. Vol. II. New York: Wiley-Interscience. 6993:. This envelope is obtained by requiring that 7297:. Providence: American Mathematical Society. 7164:{\displaystyle |{\vec {x}}-{\vec {x_{0}}}\,|} 6291:There is little loss of generality if we set 6167:Characteristic surfaces for the wave equation 4385:{\displaystyle F(x_{0},y_{0},u_{0},p,q)=0.\,} 2871:The above two equations can be used to solve 8: 7335:. Boca Raton: Chapman & Hall/CRC Press. 539:{\displaystyle p=u_{x},\,q=u_{y},\,r=u_{z}.} 2578:from the two equations derived, we obtain 2186:{\displaystyle dc=\psi _{a}da+\psi _{b}db} 7156: 7155: 7143: 7137: 7136: 7122: 7121: 7116: 7114: 7095: 7074: 7068: 7067: 7059: 7053: 7052: 7040: 7034: 7033: 7019: 7018: 7013: 7003: 7001: 6945: 6944: 6932: 6926: 6925: 6911: 6910: 6905: 6895: 6875: 6874: 6866: 6851:{\displaystyle {\vec {x}}-{\vec {x_{0}}}} 6836: 6830: 6829: 6815: 6814: 6812: 6786: 6785: 6783: 6745: 6737: 6724: 6718: 6717: 6711: 6697: 6689: 6688: 6677: 6676: 6671: 6669: 6647: 6629: 6623: 6622: 6608: 6607: 6590: 6589: 6572: 6571: 6563: 6541: 6529: 6516: 6503: 6482: 6481: 6473: 6437: 6436: 6434: 6412: 6401: 6392: 6383: 6378: 6365: 6360: 6347: 6342: 6336: 6302: 6296: 6277: 6263: 6258: 6245: 6240: 6227: 6222: 6207: 6194: 6189: 6183: 6118: 6113: 6111: 6078: 6073: 6063: 6058: 6049: 6039: 6034: 6033: 6024: 6009: 6004: 5997: 5992: 5991: 5985: 5979: 5949: 5935: 5930: 5928: 5908: 5872: 5867: 5860: 5855: 5854: 5848: 5842: 5815: 5809: 5789: 5764: 5759: 5745: 5740: 5728: 5723: 5717: 5705: 5697: 5692: 5689: 5681: 5667: 5662: 5660: 5639: 5633: 5606: 5598: 5592: 5571: 5565: 5544: 5538: 5500: 5495: 5480: 5475: 5463: 5458: 5451: 5439: 5431: 5426: 5423: 5415: 5387: 5382: 5367: 5362: 5350: 5345: 5338: 5326: 5318: 5313: 5310: 5302: 5294: 5279: 5242: 5215: 5183: 5170: 5157: 5148: 5129: 5114: 5101: 5076: 5063: 5041: 5025: 5006: 4993: 4942: 4889: 4870: 4855: 4845: 4832: 4822: 4806: 4793: 4787: 4770: 4755: 4745: 4732: 4722: 4706: 4693: 4687: 4657: 4645: 4629: 4610: 4597: 4564: 4505: 4492: 4479: 4470: 4451: 4435: 4429: 4415: 4409: 4403: 4381: 4354: 4341: 4328: 4316: 4294: 4282: 4254: 4229: 4217: 4171: 4151: 4099: 4064: 4034: 4024: 4011: 3950: 3927: 3868: 3834: 3796: 3766: 3756: 3743: 3733: 3727: 3699: 3689: 3676: 3666: 3660: 3632: 3622: 3609: 3599: 3593: 3552: 3495: 3441: 3403: 3373: 3353: 3333: 3327: 3298: 3260: 3234: 3191: 3156: 3136: 3095: 3060: 3028: 2984: 2954: 2916: 2896: 2876: 2843: 2833: 2820: 2811: 2780: 2770: 2757: 2748: 2725: 2705: 2666: 2656: 2643: 2618: 2608: 2595: 2586: 2560: 2527: 2508: 2489: 2483: 2453: 2443: 2430: 2420: 2407: 2397: 2388: 2358: 2348: 2335: 2325: 2312: 2302: 2293: 2263: 2253: 2240: 2230: 2217: 2207: 2198: 2171: 2152: 2137: 2105: 2058: 2017: 1991: 1965: 1925: 1913: 1901: 1887: 1875: 1863: 1849: 1837: 1825: 1813: 1809: 1750: 1742: 1709: 1686: 1663: 1654: 1631: 1593: 1566: 1556: 1543: 1533: 1520: 1510: 1491: 1475: 1469: 1444: 1434: 1421: 1411: 1398: 1388: 1369: 1353: 1347: 1322: 1312: 1299: 1289: 1276: 1266: 1247: 1231: 1225: 1184: 1138: 1104: 1069: 1035: 1008: 995: 989: 954: 929: 911: 903: 841: 815: 785: 769: 763: 735: 719: 713: 685: 669: 663: 622: 551: 527: 516: 507: 496: 487: 475: 456: 397: 351: 343: 333: 328: 319: 314: 312: 285: 266: 253: 234: 215: 202: 190: 151:hyperbolic partial differential equations 135: 118: 113: 95: 90: 71: 52: 40: 22:first-order partial differential equation 5889:{\textstyle \sum _{k}{{c_{k}}{Z_{k}}=0}} 4455:{\displaystyle F_{p}\,dp+F_{q}\,dq=0,\,} 1986:leads to the general solution. Whenever 7212: 7195:=0, and the wave front at a later time 6970:. These are light cones in space-time. 4529:{\displaystyle (x_{0},y_{0},u_{0},p,q)} 32:variables. The equation takes the form 6159:(with four harmonic coordinates) and 3829:from the above set of equations, then 3436:. Solution obtained by elimination of 3221:suffice to make the determinant zero. 800:{\displaystyle \phi _{z}+r\phi _{u}=0} 750:{\displaystyle \phi _{y}+q\phi _{u}=0} 700:{\displaystyle \phi _{x}+p\phi _{u}=0} 610:{\displaystyle \phi (x,y,z,u,a,b,c)=0} 169:General solution and complete integral 460:{\displaystyle F(x,y,z,u,p,q,r)=0,\,} 7: 7185:Huygens' construction of wave fronts 7109:This condition will be satisfied if 5896:; the Eqs.(*) are linear dependent. 5784:Definition I: Given a number field 2193:. By summing the original equations 374:A Treatise on Differential Equations 5967:{\displaystyle {c_{k}},d_{kl}\in P} 5412: 5299: 5195:{\displaystyle (x_{0},y_{0},u_{0})} 3229:Singular integral is obtained when 6858:. Hence the envelope has equation 6055: 6051: 5737: 5720: 5472: 5455: 5359: 5342: 5217: 3915:{\displaystyle \phi (x,y,u,a,b)=0} 3474:this way leads to what are called 3023:, two known independent functions 1779: 1753: 376:(Chaper IX, 6th edition, 1928) by 14: 6989:, whose radii grow with velocity 5655:are non-homogeneous items. Let 810:Along with the complete integral 7316:. London: Taylor & Francis. 6171:Characteristic surfaces for the 6137:{\displaystyle {d_{kl}}\equiv 0} 5804:, when there are coefficients ( 3536:{\displaystyle \chi (x,y,z,u)=0} 7191:emits a spherical wave at time 7066: 7058: 6778:is stationary. This is true if 6736: 6716: 6710: 6480: 6472: 5923:, when there are coefficients ( 4884:Therefore the ray direction in 4166: 4146: 4006: 3368: 3348: 3255:. In this case, elimination of 1701: 1678: 891:{\displaystyle (x,y,z,u,p,q,r)} 7373:Partial differential equations 7295:Partial Differential Equations 7222:Partial Differential Equations 7157: 7149: 7127: 7117: 7080: 7054: 7046: 7024: 7014: 6946: 6938: 6916: 6906: 6886: 6880: 6871: 6842: 6820: 6791: 6730: 6690: 6682: 6672: 6641: 6635: 6613: 6604: 6595: 6583: 6577: 6568: 6535: 6496: 6487: 6469: 6451: 6442: 5901:differential linear dependence 5712: 5706: 5628:are linear coefficients; and 5613: 5607: 5446: 5440: 5333: 5327: 5287: 5281: 5189: 5150: 5123: 5091: 5085: 5053: 5047: 5015: 4921: 4891: 4651: 4619: 4523: 4472: 4372: 4321: 4288: 4269: 4260: 4241: 4134: 4104: 4078: 4066: 3994: 3991: 3985: 3955: 3903: 3873: 3816: 3798: 3572: 3554: 3547:if we are unable to determine 3524: 3500: 3461: 3443: 3423: 3405: 3280: 3262: 3208: 3202: 3173: 3167: 3118: 3106: 3077: 3065: 3042: 3030: 3010: 2986: 2936: 2918: 2849: 2813: 2786: 2750: 2672: 2636: 2624: 2588: 2459: 2390: 2364: 2295: 2269: 2200: 2119: 2107: 2081: 2069: 2037: 2019: 1800: 1782: 1774: 1756: 1613: 1595: 1572: 1503: 1450: 1381: 1328: 1259: 1204: 1186: 1166: 1148: 1132: 1114: 1098: 1080: 951: 938: 926: 913: 885: 843: 642: 624: 598: 556: 444: 402: 352: 320: 291: 195: 126: 45: 1: 6102:, the Eqs.(*) are thought as 5210:This part can be referred to 4091:from the following equations 3942:from the following equations 3585:from the following equations 2090:{\displaystyle c=\psi (a,b).} 1023:{\displaystyle p^{2}+q^{2}=1} 26:partial differential equation 5974:), not all zero, such that 5837:), not all zero, such that 5621:{\displaystyle a_{ij}^{(k)}} 3124:{\displaystyle c=\psi (a,b)} 3090:. Note that we have assumed 2740:are independent, we require 5903:): Given a number field 5560:are independent variables; 4927:{\displaystyle (x,y,u,p,q)} 1960:determinant. The condition 7389: 7220:Garabedian, P. R. (1964). 6800:{\displaystyle {\vec {p}}} 5830:{\displaystyle c_{k}\in P} 3214:{\displaystyle c=\psi (b)} 3179:{\displaystyle c=\psi (a)} 3083:{\displaystyle \psi (a,b)} 3055:and an arbitrary function 307:is a complete integral if 5587:are dependent unknowns; 3016:{\displaystyle (x,y,z,u)} 163:method of characteristics 7331:Polyanin, A. D. (2002). 6426:In vector notation, let 5226:{\displaystyle \S 1.2.3} 4465:where F is evaluated at 3791:If we able to determine 3131:to make the determinant 6317:{\displaystyle u_{t}=1} 3848:{\displaystyle \chi =0} 3822:{\displaystyle (a,b,c)} 3578:{\displaystyle (a,b,c)} 3467:{\displaystyle (a,b,c)} 3429:{\displaystyle (a,b,c)} 3312:{\displaystyle \phi =0} 3286:{\displaystyle (a,b,c)} 3248:{\displaystyle J\neq 0} 2968:{\displaystyle \phi =0} 2942:{\displaystyle (a,b,c)} 2043:{\displaystyle (a,b,c)} 1619:{\displaystyle (a,b,c)} 1210:{\displaystyle (p,q,r)} 829:{\displaystyle \phi =0} 648:{\displaystyle (a,b,c)} 7165: 7100: 6957: 6852: 6801: 6750: 6652: 6546: 6417: 6318: 6282: 6138: 6106:linear dependent. If 6096: 5968: 5917: 5890: 5831: 5798: 5775: 5691: 5649: 5622: 5581: 5554: 5524: 5425: 5312: 5269: 5251: 5227: 5196: 5134: 4928: 4875: 4775: 4662: 4530: 4456: 4386: 4299: 4187: 4085: 4050: 3936: 3916: 3849: 3823: 3782: 3715: 3648: 3579: 3537: 3468: 3430: 3389: 3313: 3287: 3249: 3215: 3180: 3145: 3125: 3084: 3049: 3017: 2969: 2943: 2905: 2885: 2862: 2799: 2734: 2714: 2691: 2572: 2549: 2472: 2377: 2282: 2187: 2126: 2091: 2044: 2006: 1980: 1947: 1725: 1640: 1620: 1579: 1457: 1335: 1211: 1173: 1050: 1024: 978: 892: 830: 801: 751: 701: 649: 611: 540: 461: 366: 298: 155:calculus of variations 140: 7350:Sarra, Scott (2003). 7179:along each normal to 7166: 7101: 6958: 6853: 6802: 6751: 6653: 6547: 6418: 6319: 6283: 6139: 6097: 5969: 5918: 5891: 5832: 5799: 5776: 5677: 5650: 5648:{\displaystyle f_{k}} 5623: 5582: 5580:{\displaystyle y_{j}} 5555: 5553:{\displaystyle x_{i}} 5525: 5411: 5298: 5252: 5237:We assume that these 5228: 5197: 5135: 4929: 4876: 4776: 4663: 4531: 4457: 4387: 4300: 4188: 4086: 4084:{\displaystyle (a,b)} 4051: 3937: 3917: 3850: 3824: 3783: 3716: 3649: 3580: 3538: 3469: 3431: 3390: 3314: 3288: 3250: 3216: 3181: 3146: 3126: 3085: 3050: 3048:{\displaystyle (a,b)} 3018: 2970: 2944: 2906: 2886: 2863: 2800: 2735: 2715: 2692: 2573: 2550: 2473: 2378: 2283: 2188: 2127: 2125:{\displaystyle (a,b)} 2092: 2045: 2007: 1981: 1948: 1726: 1641: 1639:{\displaystyle \phi } 1621: 1580: 1458: 1336: 1212: 1174: 1051: 1025: 979: 893: 831: 802: 752: 702: 650: 612: 541: 462: 367: 299: 141: 7203:are the light rays. 7113: 7000: 6865: 6811: 6782: 6668: 6562: 6433: 6335: 6295: 6182: 6161:Yang-Mills equations 6157:Einstein's equations 6110: 5978: 5927: 5907: 5841: 5808: 5788: 5659: 5632: 5591: 5564: 5537: 5278: 5241: 5233:of Courant's book. 5214: 5147: 4941: 4888: 4786: 4686: 4563: 4469: 4402: 4315: 4216: 4098: 4063: 3949: 3926: 3867: 3859:Two dimensional case 3833: 3795: 3726: 3659: 3592: 3551: 3494: 3440: 3402: 3326: 3297: 3259: 3233: 3190: 3155: 3135: 3094: 3059: 3027: 2983: 2953: 2915: 2895: 2875: 2810: 2747: 2724: 2704: 2585: 2559: 2482: 2387: 2292: 2197: 2136: 2104: 2057: 2016: 1990: 1964: 1741: 1653: 1630: 1592: 1468: 1346: 1224: 1183: 1068: 1034: 988: 902: 840: 814: 762: 712: 662: 621: 550: 474: 396: 311: 189: 39: 7224:. New York: Wiley. 6774:where the value of 6388: 6370: 6352: 6268: 6250: 6232: 6199: 6153:Maxwell's equations 5716: 5617: 5450: 5337: 2005:{\displaystyle J=0} 1979:{\displaystyle J=0} 1049:{\displaystyle r=1} 7161: 7096: 7064: 6953: 6848: 6797: 6746: 6648: 6542: 6478: 6413: 6374: 6356: 6338: 6314: 6278: 6254: 6236: 6218: 6185: 6134: 6092: 6032: 5990: 5964: 5913: 5886: 5853: 5827: 5794: 5771: 5693: 5645: 5618: 5594: 5577: 5550: 5520: 5515: 5489: 5427: 5376: 5314: 5247: 5223: 5192: 5130: 4924: 4871: 4771: 4658: 4544:are increments of 4526: 4452: 4382: 4295: 4183: 4081: 4046: 3932: 3912: 3845: 3819: 3778: 3711: 3644: 3575: 3533: 3476:singular integrals 3464: 3426: 3385: 3309: 3283: 3245: 3211: 3176: 3141: 3121: 3080: 3045: 3013: 2965: 2939: 2901: 2881: 2858: 2795: 2730: 2710: 2687: 2571:{\displaystyle dc} 2568: 2555:. Now eliminating 2545: 2468: 2373: 2278: 2183: 2122: 2087: 2040: 2002: 1976: 1943: 1941: 1933: 1721: 1636: 1616: 1575: 1453: 1331: 1207: 1169: 1046: 1020: 974: 888: 826: 797: 747: 697: 645: 607: 536: 457: 362: 294: 136: 7152: 7130: 7083: 7063: 7062:is stationary for 7049: 7027: 7011: 6941: 6919: 6903: 6883: 6845: 6823: 6794: 6740: 6733: 6714: 6705: 6685: 6638: 6616: 6598: 6580: 6490: 6477: 6445: 6407: 6071: 6020: 5981: 5916:{\displaystyle P} 5844: 5797:{\displaystyle P} 5753: 5488: 5375: 5261:and elimination. 5250:{\displaystyle h} 3935:{\displaystyle a} 3488:special integrals 3225:Singular integral 3144:{\displaystyle J} 2904:{\displaystyle b} 2884:{\displaystyle a} 2733:{\displaystyle b} 2713:{\displaystyle a} 1804: 960: 384:Complete integral 317: 180:complete integral 7380: 7359: 7346: 7327: 7308: 7277: 7276: 7249: 7243: 7240: 7234: 7233: 7217: 7187:: each point on 7170: 7168: 7167: 7162: 7160: 7154: 7153: 7148: 7147: 7138: 7132: 7131: 7123: 7120: 7105: 7103: 7102: 7097: 7085: 7084: 7079: 7078: 7069: 7065: 7061: 7057: 7051: 7050: 7045: 7044: 7035: 7029: 7028: 7020: 7017: 7012: 7004: 6962: 6960: 6959: 6954: 6949: 6943: 6942: 6937: 6936: 6927: 6921: 6920: 6912: 6909: 6904: 6896: 6885: 6884: 6876: 6857: 6855: 6854: 6849: 6847: 6846: 6841: 6840: 6831: 6825: 6824: 6816: 6806: 6804: 6803: 6798: 6796: 6795: 6787: 6755: 6753: 6752: 6747: 6741: 6738: 6735: 6734: 6729: 6728: 6719: 6715: 6712: 6706: 6698: 6693: 6687: 6686: 6678: 6675: 6657: 6655: 6654: 6649: 6640: 6639: 6634: 6633: 6624: 6618: 6617: 6609: 6600: 6599: 6591: 6582: 6581: 6573: 6551: 6549: 6548: 6543: 6534: 6533: 6521: 6520: 6508: 6507: 6492: 6491: 6483: 6479: 6475: 6447: 6446: 6438: 6422: 6420: 6419: 6414: 6408: 6406: 6405: 6393: 6387: 6382: 6369: 6364: 6351: 6346: 6323: 6321: 6320: 6315: 6307: 6306: 6287: 6285: 6284: 6279: 6273: 6269: 6267: 6262: 6249: 6244: 6231: 6226: 6212: 6211: 6198: 6193: 6143: 6141: 6140: 6135: 6127: 6126: 6125: 6101: 6099: 6098: 6093: 6091: 6084: 6083: 6082: 6072: 6070: 6069: 6068: 6067: 6050: 6048: 6047: 6046: 6031: 6016: 6015: 6014: 6013: 6003: 6002: 6001: 5989: 5973: 5971: 5970: 5965: 5957: 5956: 5941: 5940: 5939: 5922: 5920: 5919: 5914: 5895: 5893: 5892: 5887: 5885: 5878: 5877: 5876: 5866: 5865: 5864: 5852: 5836: 5834: 5833: 5828: 5820: 5819: 5803: 5801: 5800: 5795: 5780: 5778: 5777: 5772: 5770: 5769: 5768: 5755: 5754: 5752: 5751: 5750: 5749: 5735: 5734: 5733: 5732: 5718: 5715: 5704: 5690: 5688: 5673: 5672: 5671: 5654: 5652: 5651: 5646: 5644: 5643: 5627: 5625: 5624: 5619: 5616: 5605: 5586: 5584: 5583: 5578: 5576: 5575: 5559: 5557: 5556: 5551: 5549: 5548: 5529: 5527: 5526: 5521: 5519: 5516: 5506: 5505: 5504: 5491: 5490: 5487: 5486: 5485: 5484: 5470: 5469: 5468: 5467: 5453: 5449: 5438: 5424: 5422: 5393: 5392: 5391: 5378: 5377: 5374: 5373: 5372: 5371: 5357: 5356: 5355: 5354: 5340: 5336: 5325: 5311: 5309: 5267: 5256: 5254: 5253: 5248: 5232: 5230: 5229: 5224: 5201: 5199: 5198: 5193: 5188: 5187: 5175: 5174: 5162: 5161: 5139: 5137: 5136: 5131: 5119: 5118: 5106: 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Index

mathematics
partial differential equation
hyperbolic partial differential equations
calculus of variations
geometrical
method of characteristics
Andrew Forsyth
Jacobian
div-curl
Maxwell's equations
Einstein's equations
Yang-Mills equations
wave equation
OCLC
527754
Courant, R.
Hilbert, D.
Methods of Mathematical Physics: Partial Differential Equations
ISBN
9783527617241
Evans, L. C.
ISBN
0-8218-0772-2
ISBN
0-415-27267-X
ISBN
1-58488-299-9
"The Method of Characteristics with applications to Conservation Laws"
Category
Partial differential equations

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