In mathematics, a fundamental solution for a linear partial differential operator L is a formulation in the language of distribution theory of the older idea of a Green's function (although unlike Green's functions, fundamental solutions do not address boundary conditions).
In terms of the Dirac delta "function" δ(x), a fundamental solution F is a solution of the inhomogeneous equation
Here F is a priori only assumed to be a distribution.
This concept has long been utilized for the Laplacian in two and three dimensions. It was investigated for all dimensions for the Laplacian by Marcel Riesz.
The existence of a fundamental solution for any operator with constant coefficients — the most important case, directly linked to the possibility of using convolution to solve an arbitrary right hand side — was shown by Bernard Malgrange and Leon Ehrenpreis. In the context of functional analysis, fundamental solutions are usually developed via the Fredholm alternative and explored in Fredholm theory.
Consider the following differential equation Lf = sin(x) with
The fundamental solutions can be obtained by solving LF = δ(x), explicitly,
Since for the Heaviside function H we have
there is a solution
Here C is an arbitrary constant introduced by the integration. For convenience, set C = −1/2.
After integrating and choosing the new integration constant as zero, one has
Once the fundamental solution is found, it is straightforward to find a solution of the original equation, through convolution of the fundamental solution and the desired right hand side.
Fundamental solutions also play an important role in the numerical solution of partial differential equations by the boundary element method.
Consider the operator L and the differential equation mentioned in the example,
We can find the solution of the original equation by convolution (denoted by an asterisk) of the right-hand side with the fundamental solution :
This shows that some care must be taken when working with functions which do not have enough regularity (e.g.
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This is an introductory course on Elliptic Partial Differential Equations. The course will cover the theory of both classical and generalized (weak) solutions of elliptic PDEs.
Explore les solutions fondamentales, la formule, les distributions et la convergence de Green dans l'équation de Laplace.
Explore les solutions fondamentales dans les équations aux dérivées partielles, en soulignant leur importance dans les applications mathématiques.
Explore les résultats d'unicité et la solution fondamentale de l'équation de Laplace.
En mathématiques, un opérateur elliptique est un opérateur différentiel qui généralise l'opérateur laplacien. Les opérateurs elliptiques sont définis via la condition que les coefficients devant les termes de dérivation de plus haut degré soient positifs, ce qui est équivalent au fait qu'il n'y a pas de caractéristique réelle. Les opérateurs elliptiques jouent un rôle crucial en théorie du potentiel et apparaissent fréquemment en électrostatique et en mécanique des milieux continus.
En mathématiques et en physique, une fonction de Green est une solution (également appelée solution élémentaire ou solution fondamentale) d'une équation différentielle linéaire à coefficients constants, ou d'une équation aux dérivées partielles linéaire à coefficients constants. Ces « fonctions » de Green, qui se trouvent être le plus souvent des distributions, ont été introduites par George Green en 1828 pour les besoins de l'électromagnétisme. Le mémoire de Green restera confidentiel jusqu'à sa republication en trois parties, à partir de 1850.
En analyse vectorielle, l'équation de Poisson (ainsi nommée en l'honneur du mathématicien et physicien français Siméon Denis Poisson) est l'équation aux dérivées partielles elliptique du second ordre suivante : où est l'opérateur laplacien et est une distribution généralement donnée. Sur un domaine borné de et de frontière régulière, le problème de trouver à partir de et satisfaisant certaines conditions aux limites appropriées est un problème bien posé : la solution existe et est unique.
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Lausanne2023
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