430. Applicazioni del principio <strong>di</strong> max a prb per eq. <strong>di</strong> LaplaceR.u(0,±3) = −3.17. [15/9/2009 (ex)II] Si trovino tutti i punti <strong>di</strong> massimo e il valore <strong>di</strong>massimo della soluzione <strong>di</strong>∆u = 1, in Ω,u(x,y) = |x|−|y|,su ∂Ω,oveR.Ω ={(x,y) | x24 + y29 = 1 }.u(±2,0) = 2.18. [9/4/2010 (ex)I] Trovare il massimo e il minimo della soluzione delproblema∆u = 0,in Ω = A\B,u(x,y) = x 2 +y 2 ,∂u∂ν = 0,ove{ x2A =4 + y2 }9 < 1 , B =SoluzionePer il principio <strong>di</strong> massimosu ∂A,su ∂B,{ }x 2 +y 2 < 1 .maxu = max u,Ω ∂Ωmin u = min u.Ω ∂ΩD’altronde per il lemma <strong>di</strong> Hopf, massimo e minimo non possono essere assunti su∂B. Perciòmaxu = maxΩ ∂A x2 +y 2 = max <strong>di</strong>st( (x,y),(0,0) ) 2= 9,∂Aminu = minΩ ∂A x2 +y 2 = min <strong>di</strong>st( (x,y),(0,0) ) 2= 4.∂AR.maxu = 9,Ωminu = 4.Ω112
470. Semplici problemi al contorno per l’equazione del calore470. Semplici problemi al contorno per l’equazione del calore1. [17/2/2003 (hw)I] a) Dimostrare, usando il principio del massimo, che lasoluzione <strong>di</strong>u t −u xx = cos(xt),0 < x < 10,0 < tu(x,0) = 0, 0 ≤ x ≤ 10,u(0,t) = 0, 0 ≤ t,u(10,t) = 0, 0 ≤ t,sod<strong>di</strong>sfa |u(x,t)| ≤ t.b) Mostrare anche che la soluzione non può essere <strong>di</strong> classe C 2,1 fino sullafrontiera parabolica.Soluzionea) Se v = u−t allora v t −v xx ≤ 0, e v ≤ 0 sulla frontiera parabolica. Quin<strong>di</strong> v ≤ 0nel rettangolo. In modo simmetrico si proc<strong>ed</strong>e con w = u+t.b) Per esempio in (0,0), si dovrebbe altrimenti avere u t = 0, u xx = 0, a causa deidati assegnati, ma questo contrasta con u t −u xx = cos0 = 1.2. [17/2/2003 (hw)I] Dimostrare che la soluzione <strong>di</strong>u t −u xx = 0,0 < x < L,0 < tu(x,0) = x, 0 < x < L,u(0,t) = 0, 0 < t,u(L,t) = M , 0 < t,con M > L, sod<strong>di</strong>sfa 0 ≤ u x (0,t) ≤ M/L (si supponga che u sia <strong>di</strong> classeC 1 fino su x = 0).SoluzionePer il principio del massimo, u ≥ 0. Dunque i punti su x = 0 sono punti <strong>di</strong> minimo,e perciò u x (0,t) ≥ 0.Si consideri poi la funzione v = u−Mx/L. Si noti che v t −v xx = 0, e v ≤ 0 sullafrontiera parabolica. Dunque per il principio del massimo, v ≤ 0 nel rettangolo;ma v(0,t) = 0, e segue come sopra che v x (0,t) ≤ 0.3. [17/2/2003 (hw)I] Una piastra a pareti piane e par<strong>alle</strong>le x = 0, x = L, èall’istante iniziale t = 0 a temperatura u(x,0) = c(L −x), per 0 ≤ x ≤ L.Possiamo assumere simmetria piana.La parete x = 0 è a<strong>di</strong>abatica, quella x = L è mantenuta a temperaturanulla.Trovare una stima per u(x,t) per tempi gran<strong>di</strong>, e dare dei valori <strong>di</strong> L percui il valore <strong>di</strong> u(0,t) cala almeno del 50% nell’intervallo <strong>di</strong> tempo (0,1).SoluzioneConsiderare il problema riflesso in modo pari su −L ≤ x ≤ L. Qui usare lasoprasoluzione v = cLe −α2t cos(αx), con α = π/(2L).113