В данной статье исследуется задача Коши в полуплоскости для неоднородного уравнения четвертого порядка с дробной производной в смысле Капуто. Единственность решения показывается с помощью преобразования Лапласа. При построении решения сначала находятся частные решения, выраженные через функции Райта. Затем с помощью этих частных решений строятся функции Грина. Решение строится в явном виде с использованием функции Грина. Также получен явный вид фундаментального решения.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- УДК
- 53. Физика
In recent decades, fractional calculus has evolved from a field of purely mathematical research into a powerful tool for modeling real physical processes. Fractional derivatives become particularly significant when describing phenomena in media with complex internal structures, memory, and nonlocal properties. As noted in [1], fractional dynamics investigates the behavior of objects and systems characterized by power-law nonlocality, power-law long-term memory, or fractal properties. Classical continuum models based on integer-order derivatives often prove inadequate when transitioning to the nanoscale, where effects of structural heterogeneity, anomalous transport, and viscoelastic relaxation begin to dominate. Work [2] provides a rigorous stochastic justification for this fact: the non-exponential relaxation of a single nanoobject naturally leads to the description of nanoparticle kinetics using differential equations with fractional derivatives.
Если у вас возникли вопросы или появились предложения по содержанию статьи, пожалуйста, направляйте их в рамках данной темы.
Список литературы
1. Tarasov V.E. Review of some promising fractional physical models. International Journal of Modern Physics B, 2013, 27(9), P. 1330005. EDN: RFAEAX
2. Basharov A.M. The Stochastic foundation of the nanoparticle kinetic description by differential equations with fractional derivatives. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, 2012, 3(6), P. 47-63. (In Russ.). EDN: NVZSHO
3. Sabitov K.B. Cauchy problem for the beam vibration equation. Differential Equations, 2017, 53(5), P. 658-664.
4. Selvamani R., Prabhakaran T., Yaylaci M. et al. Fractional nonlocal couple stress waves in magnetoelastic nanobeam using homotopy perturbation technique. Acta Mechanica, 2025, 236, P. 5477-5494. EDN: TDMFSZ
5. Abouelregal A.E., Marin M., Foul A. et al. Coupled responses of thermomechanical waves in functionally graded viscoelastic nanobeams via thermoelastic heat conduction model including Atangana-Baleanu fractional derivative. Scientific Reports, 2024, 14(9122), P. 1-19.
6. Lewandowski R. and Wielentejczyk P. Nonlinear vibration of viscoelastic beams described using fractional order derivatives. Journal of Sound and Vibration, 2017, 399, P. 228-243. EDN: YYNDEB
7. Eyebe G.J, Betchewe G., Mohamadou A., Kofane T.C. Nonlinear vibration of a nonlocal nanobeam resting on fractional-order viscoelastic Pasternak foundations. Fractal and Fractional, 2018, 2(3), P. 21. EDN: YRHHTL
8. Chong, N., Wang, L., Lei, D. et al. Nonlinear vibration of fractional viscoelastic piezoelectric nanobeams based on nonlocal theory. Arch Appl Mech, 2025, 95(150), P. 1-18. EDN: LQMOGC
9. Baltaeva U., Agarwal P., Khasanov B., Hayitbayev H., Hubert F. Inverse analysis of a loaded heat conduction equation. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, 2025, 16(6), P. 727-736. EDN: YSBPWG
10. Kochubei A.N. Fractional-order diffusion. Differential Equations, 1990, 26(4), P. 485-492.
11. Mainardi F., Rionero S., Ruggeri T. On the initial value problem for the fractional diffusion-wave equation. Waves and stability in continuous media, 1994, 7, P. 246-251.
12. Mainardi F. The time fractional diffusion-wave equation. Radiophys Quantum Electron, 1995, 38(1-2), P. 13-24.
13. Mainardi F. The fundamental solutions for the fractional diffusion-wave equation. Appl. Math. Lett., 1996, 9(6), P. 23-28. EDN: ANYIYF
14. Voroshilov A.A., Kilbas A.A. The Cauchy problem for the diffusion-wave equation with the Caputo partial derivative. Differ. Equ., 2006, 42(5), P. 638-649.
15. Pskhu A.V. The fundamental solution of a diffusion-wave equation of fractional order. Izvestiya: Mathematics, 2009, 73(2), P. 351-392.
16. Pskhu A.V. Fundamental solutions and Cauchy problems for an odd-order partial differential equation with. Electronic Journal of Differential Equations, 2019, 2019(21), P. 1-13.
17. Karasheva L.L. Cauchy problem for high even order parabolic equation with time fractional derivative. Sibirskie Elektronnye Matematicheskie Izvestiya Siberian Electronic Mathematical Reports., 2018, 15, P. 696-706. In Russian.. EDN: YXSOAX
18. Baltaeva U., Alikulov Y., Baltaeva I.I., Ashirova A. Analog of the Darboux problem for a loaded integro-differential equation involving the Caputo fractional derivative. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2021, 12(4), P. 418-424. EDN: NAEFFJ
19. Karimov Sh., Mamajonova R. The Cauchy problem for a beam vibration equation involving the Caputo time-fractional operator. Bull. Inst. Math., 2025, 8(6), P. 154-160.
20. Kilbas A.A., Srivastava H.M., Trujillo J.J. Theory and Applications of Fractional Differential Equations. North-Holland Mathematics Studies, 204. Elsevier, Amsterdam, 2006. EDN: YZECAT
Выпуск
Другие статьи выпуска
Проведено сравнительное исследование окислительно-восстановительного поведения нанокристаллических изоструктурных двойных ортофосфатов церия(IV) состава ACe2(PO4)3 (А = NH4+, K+, Rb+). Установлено, что по отношению к алкилпероксильным радикалам или пероксиду водорода в качестве активных форм кислорода все двойные фосфаты церия(IV) действовали как антиоксиданты или прооксиданты, соответственно. Антиоксидантная активность по отношению к алкилпероксильным радикалам оказалась выше у фосфатов, содержащих калий или рубидий. Примечательно, что для KCe2(PO4)3 и RbCe2(PO4)3 была обнаружена обратная зависимость каталитической активности от концентрации в реакции с H2O2, в отличие от NH4Ce2(PO4)3. Окислительно-восстановительное поведение наноразмерного диоксида церия, использованного для сравнения, было аналогично поведению ортофосфата церия(IV)-аммония, но значительно ниже в абсолютных значениях. Это было объяснено подавляющим эффектом фосфат-анионов, присутствующих в буферных растворах.
В работе впервые проведено сравнительное исследование микроструктуры и механических свойств керамики цирконата гадолиния, полученной методом электроискрового спекания из гидроксидных прекурсоров, синтезированных без и с использованием механоактивации. Исходный прекурсор был получен методом обратного соосаждения гидроксидов. Механоактивация (МА) прекурсора проводилась в планетарной мельнице АГО-2 при центробежном факторе 20 g в течение 30 мин. С помощью рентгенофазового анализа показано, что керамика является нанокристаллической. Механические свойства (микротвердость и модуль Юнга) керамики, полученной на основе механоактивированного прекурсора, превосходят аналогичные показатели керамики на основе исходного прекурсора.
Термодинамический анализ трансформаций гидроксидов в системе Mg1-xNix(OH)2-SiO2-H2O при гидротермальном синтезе нанотубулярных частиц со структурой хризотила показал решающую роль процессов их дегидратации и повторного образования гидроксидов в ходе гидротермальной обработки реагентов на состав и морфологические параметры целевого продукта. В зависимости от состава гидроксидного реагента и T-P-условий в реакционной среде зоне выделены три области, в которых резко изменяется механизм формирования нанотубулярных частиц со структурой хризотила, что и является непосредственной причиной немонотонной зависимости Mg/Ni соотношения и размерных параметров нанотрубок (Mg1-xNix)3Si2O5(OH)4 от Mg/Ni соотношения в исходном гидроксиде.
Упругие свойства и механические характеристики сплавов на основе Ti-Nb22-Zr6 были рассчитаны методом точных маффин-тин орбиталей в приближении когерентного потенциала. Рассматривалось легирование металлами, такими как Hf, Mg и их комбинациями, при этом их концентрация не превышала 5 ат.%. Было показано, что добавление Hf и Mg приводит к понижению модуля Юнга как из-за размерного эффекта, так и из-за электронного фактора. Рассчитанный модуль Юнга для тройного сплава Ti-Nb22-Zr6 (70.1 ГПа) хорошо согласуется с экспериментальным значением (70 ГПа). Наименьшее значение модуля Юнга было рассчитано для сплава Ti-Nb22-Zr6-Hf5-Mg2.5, достигая 57 ГПа. Дальнейшее увеличение концентрации Mg приводит к отрицательному значению C’ и дестабилизации сплава. Кроме того, легирование сплава Ti-Nb22-Zr6 приводит к снижению твердости и трещиностойкости, но при этом повышается индекс хрупкости.
В работе рассматривается применение лазерной корреляционной спектроскопии к исследованию дисперсных систем для такого случая, который можно рассматривать как переходный к режиму многократного рассеяния. Показано, что даже незначительное нарушение условия однократного рассеяния за счет увеличения концентрации рассеивающих центров может привести к эффекту, который изменит результат измерения размера частиц. Это следует учитывать при изучении коллоидов.
В данном исследовании представлены проектирование и теоретический анализ перестраиваемого двуосного гиперболического метаматериала (БГММ), построенного из слоистой гетероструктуры n-GaAs/AlGaAs под воздействием внешнего магнитного поля. Цель состоит в оптимизации перестраиваемости для управления формой дисперсии в терагерцовом (ТГц) диапазоне частот. Используется модель приближения эффективной среды (ПЭС), демонстрирующая сосуществование двух волновых мод, а именно замкнутой эллипсоидальной и открытой гиперболоидальной изочастотной поверхности. Результаты показывают, что внешнее магнитное поле действует как мощный механизм настройки, позволяющий осуществлять спектральный сдвиг дисперсии и активное переключение между гиперболическими режимами типа I и типа II. Кроме того, анализируются условия, необходимые для достижения экстремального сжатия изочастотной поверхности (ИЗП), что имеет важное значение для управления направлением луча. Это сжатие происходит, когда одна из компонент диэлектрической проницаемости достигает чрезвычайно больших значений, что приводит к образованию почти плоских сегментов на изочастотной поверхности
В настоящей статье показана возможность увеличить время хранения инверсного состояния OS с 140 до 500 мин при 145 ℃ в сегнетоэлектрических конденсаторах на основе Hf0.5Zr0.5O2 (HZO) путем сдвига вправо конечной точки интегрирования тока. Учет переходных процессов между управляющими импульсами после отжига в течение 500 мин при температуре 145 ℃ позволяет повысить сохраняемость состояния OS с 21 % до 35 % от начального значения. Противоположная тенденция выявлена для состояний SS (снижение с 56 % до 35 %) и NSS (снижение с 63 % до 45 %). Также показано, что наличие сдвига напряжения, вызванного эффектом импринта, в некоторых случаях может и не приводить деградации поляризации благодаря току, который протекает на полке максимального напряжения управляющего импульса.
Мы изучаем трёхчастичные операторы Шрёдингера на двумерной решётке Z2 и показываем, что критическое отношение масс γc ≈ 2.75194 определяет существование связанного тримера в фермионной 2+1 конфигурации (два тождественных фермиона и третья частица). При γ < γc имеется топологическое запрещение (подавление Паули) трёхчастичного связанного состояния, тогда как при γ < γc возникает дважды вырожденное собственное значение ниже существенного спектра с асимптотикой сильной связи z(γ, λ) = -λ+e0(γ)+O(λ-1). В рамках единого подхода, основанного на принципе Бирмана-Швингера и асимптотическом анализе в режиме сильной связи, мы сравниваем это поведение с бозонным случаем трёх тождественных частиц, где два связанных состояния существуют ниже существенного спектра и энергия основного состояния удовлетворяет z1s(µ) = -3µ + C2 + O(µ-1). Возникающий фазовый переход второго рода по отношению масс важен для планирования экспериментов по фермионным тримерам в оптических решётках и для моделирования экситонных комплексов и дефектно-связанных состояний в двумерных наноматериалах, где критическое значение γc служит ориентиром для наблюдаемости трёхчастичных связанных состояний. Мы также намечаем модифицированную трёхчастичную решёточную модель с двумя конкурирующими каналами взаимодействия, для которой анализ Бирмана-Швингера естественным образом приводит к сценарию Ландау фазового перехода первого рода в пространстве тримерных связанных состояний. В бозонном случае мы доказываем теорему о сильной связи, описывающую существование и асимптотику тримерных связанных состояний, а в фермионном 2+1 случае устанавливаем теорему о спектральном фазовом переходе, которая даёт явное критическое отношение масс γc, разделяющее тримерный и бестримерный режимы.
Исследуется колебательное поведение всех решений дифференциального уравнения второго порядка с запаздыванием, имеющего несколько отклоняющихся аргументов и неотрицательных коэффициентов. Получены некоторые достаточные условия для колебаний. Приведен также пример, иллюстрирующий значимость наших основных результатов.
В данной работе исследуются слабо периодические p-адические квазигиббсовские меры для модели Поттса с q состояниями на дереве Кэли порядка k. Кроме того, продемонстрировано, что для всех q, не меньших 3, и k, не меньших 2, существуют такое простое число p и параметр, которые гарантируют возникновение фазового перехода.
Мы исследуем операторы Шрёдингера Hλµ(K), ассоциированные с двухфермионной системой на трёхмерной решётке T3 при фиксированном полном квазиимпульсе K ∈ T3, где частицы взаимодействуют посредством связей с ближайшими и вторыми ближайшими узлами с константами взаимодействия λ, µ ∈ R. Для случая K = 0 установлено, что оператор Hλµ(0) допускает приведённое инвариантное подпространство, ограничение на которое зависит только от параметра µ ∈ R. Показано, что µ-параметрическая прямая содержит две критические точки, соответствующие нижнему и верхнему порогам спектра; в каждой из этих точек определитель Фредгольма приведённого оператора обращается в нуль. Каждая из критических точек разбивает параметрическую прямую на два бесконечных интервала, на которых число собственных значений, расположенных ниже (соответственно, выше) существенного спектра, остаётся постоянным. В зависимости от значения параметра µ соответствующий приведённый оператор имеет ровно одно дискретное собственное значение, расположенное либо ниже нижней границы, либо выше верхней границы существенного спектра. Кроме того, получена нижняя оценка на число дискретных собственных значений оператора Hλµ(K) для всех K ∈ T3.
Издательство
- Издательство
- ИТМО
- Регион
- Россия, Санкт-Петербург
- Почтовый адрес
- Кронверкский пр., д.49, лит. А, Санкт-Петербург, Российская Федерация, 197101.
- Юр. адрес
- Кронверкский пр., д.49, лит. А, Санкт-Петербург, Российская Федерация, 197101.
- ФИО
- Васильев Владимир Николаевич (Ректор)
- E-mail адрес
- od@itmo.ru
- Контактный телефон
- +7 (812) 6070277
- Сайт
- https:/itmo.ru