Broer-Kaup系統(tǒng)3類達(dá)布變換間的關(guān)系及其精確解

黃 坤, 陳友軍

(華北水利水電學(xué)院 數(shù)學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院 河南 鄭州 450011)

0 引言

孤子方程是非線性方程領(lǐng)域中極具潛力的課題,它反映了一類非常穩(wěn)定的自然現(xiàn)象.近年來,已經(jīng)有許多求解孤子方程精確解的方法,例如反散射方法、雙線性方法、貝克隆變換法、達(dá)布變換法和代數(shù)幾何法等.這些方法各有特點(diǎn),也有其內(nèi)在聯(lián)系. 其中,達(dá)布變換是一種自然而美妙的方法, 它從平凡解出發(fā)得到孤子方程的精確解.

考慮Broer-Kaup(BK)系統(tǒng)問題

(1)

BK系統(tǒng)的精確解能用來描述在同一水面上孤子追趕碰撞,因而受到物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家的重視.通常可根據(jù)BK系統(tǒng)的Lax對構(gòu)造3種不同的達(dá)布變換,并借助達(dá)布變換獲得方程的單孤子解和多孤子解.研究BK系統(tǒng)3種不同達(dá)布變換間的關(guān)系,可以獲得BK系統(tǒng)的精確解.

1 Broer-Kaup系統(tǒng)的3類達(dá)布變換

考慮BK系統(tǒng)的譜問題

φx=Uφ；φt=Vφ，

(2)

這里

其中u和v是兩個(gè)勢,λ是一個(gè)譜常數(shù).

(3)

從而Lax對(3)式可轉(zhuǎn)化為

(4)

(5)

(6)

這里

(7)

這里

在引理1，2，3中，α,β,γ,ak,bk,ck,dk(0≤k≤n-1)是關(guān)于x和t的函數(shù).

當(dāng)n=1時(shí), 3類達(dá)布變換有下列特殊形式：

(8)

2 Broer-Kaup系統(tǒng)3種達(dá)布變換間的關(guān)系

以下考慮n=1時(shí),Broer-Kaup系統(tǒng)3類達(dá)布變換之間的關(guān)系.

定理1若變量α,β,γ,ai,bi,ci,di(i=1,2)滿足關(guān)系式

(9)

(10)

則T2(λ2)·T1(λ1)=T(λ).

證明由(9)式計(jì)算可得

同理可證(10)式其余各式成立.

定理2若變量α,β,γ,ai,bi,ci,di(i=1,2)滿足關(guān)系式

(11)

則T1(λ1)·T2(λ2)=T(λ).

綜合定理1和定理2可得Broer-Kaup系統(tǒng)3類達(dá)布變換之間的關(guān)系，

T1(λ1)·T2(λ2)=T2(λ2)·T1(λ1)=T(λ)，

3 Broer-Kaup系統(tǒng)的精確解

首先以平凡解u=0,v=1作為種子解, 代入(2)式, 可以得到2個(gè)基本解：

由上可得：

1)兩個(gè)正碰的孤子解.當(dāng)λ1<-1,λ2>1時(shí),兩孤子解u,v相互正碰,如圖1.

2)兩個(gè)追趕碰撞的孤子解.當(dāng)λ2>λ1>1時(shí),兩孤子解u,v相互追趕碰撞.

3)兩個(gè)周期解.當(dāng)-1<λ1<1,-1<λ2<1時(shí),兩孤子解u,v是周期解, 如圖2.

達(dá)布變換是求解孤子方程行之有效的方法.從平凡解出發(fā),利用達(dá)布變換,求解出譜問題的新孤子解.如果利用3類達(dá)布變換間的關(guān)系,將會獲得多孤子解及其碰撞的情形.

圖1 Broer-Kaup系統(tǒng)相互正碰的孤子解Fig.1 Two-head-on collision soliton solution of Broer-Kaup system

圖2 Broer-Kaup系統(tǒng)周期解Fig.2 The periodic solution of Broer-Kaup system

參考文獻(xiàn)：

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