بيت » Cauchy-Kowalevski Theorem

Cauchy-Kowalevski Theorem

1875
  • Augustin-Louis Cauchy
  • Sofya Kovalevskaya

A fundamental existence and uniqueness theorem for partial differential equations associated with Cauchy initial value problems. It states that if the PDE and the initial conditions are ‘analytic’ (can be represented by convergent power series), then a unique analytic solution exists in a neighborhood of the initial surface. It provides a local existence guarantee but does not address global behavior or well-posedness.

The Cauchy-Kowalevski theorem is a powerful theoretical tool, though its practical applicability is limited by the strict requirement of analyticity. An analytic function is infinitely differentiable and can be locally represented by its Taylor series. Many physical problems involve functions or boundaries that are not analytic, so the theorem does not apply.

The theorem considers a system of PDEs where the highest-order time derivative of each unknown function is expressed in terms of lower-order time derivatives and spatial derivatives. The initial data is specified on a non-characteristic surface (a surface where the initial value problem can be uniquely solved for the highest derivatives). For a PDE of order [latex]k[/latex], this typically involves specifying the function and its first [latex]k-1[/latex] time derivatives at [latex]t=0[/latex].

The proof of the theorem is constructive, based on finding the coefficients of the power series expansion of the solution. It demonstrates that under the analytic assumption, these coefficients can be uniquely determined from the PDE and the initial data, and that the resulting series converges in some small neighborhood. However, the theorem gives no information about the size of this neighborhood of existence, nor does it guarantee that the solution depends continuously on the initial data (a key component of well-posedness). Hans Lewy’s famous 1957 example showed a simple linear PDE with smooth (but non-analytic) coefficients that has no solutions at all, highlighting the theorem’s limitations.

UNESCO Nomenclature: 1102
– Analysis

النوع

Abstract System

Disruption

Substantial

الاستخدام

Niche/Specialized

Precursors

  • cauchy’s work on complex analysis and power series
  • theory of analytic functions by weierstrass
  • formulation of initial value problems for odes and pdes
  • الطريقة of majorants (a key technique in the proof)

التطبيقات

  • providing a theoretical foundation for the existence of solutions in mathematical physics
  • guiding the development of numerical methods based on series expansions
  • theoretical analysis in general relativity
  • proving the existence of local solutions to certain nonlinear pdes

براءات الاختراع:

NA

Potential Innovations Ideas

!!مستويات !!! العضوية مطلوبة

يجب أن تكون عضوًا !!! مستويات!!! للوصول إلى هذا المحتوى.

انضم الآن

هل أنت عضو بالفعل؟ سجّل الدخول هنا
Related to: cauchy-kowalevski theorem, existence theorem, uniqueness theorem, analytic function, cauchy problem, initial value problem, power series, pde theory

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

متاح للتحديات الجديدة
مهندس ميكانيكي، مدير مشروع أو بحث وتطوير
تطوير المنتج الفعال

متاح لتحدي جديد في غضون مهلة قصيرة.
تواصل معي على LinkedIn
تكامل الإلكترونيات المعدنية والبلاستيكية، التصميم حسب التكلفة، ممارسات التصنيع الجيدة (GMP)، بيئة العمل، الأجهزة والمواد الاستهلاكية متوسطة إلى عالية الحجم، الصناعات الخاضعة للتنظيم، شهادات CE وFDA، التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)، Solidworks، الحزام الأسود Lean Sigma، شهادة ISO 13485 الطبية

نحن نبحث عن راعي جديد

 

هل شركتك أو مؤسستك متخصصة في التقنية أو العلوم أو الأبحاث؟
> أرسل لنا رسالة <

احصل على جميع المقالات الجديدة
مجاني، لا يوجد بريد عشوائي، ولا يتم توزيع البريد الإلكتروني ولا إعادة بيعه

أو يمكنك الحصول على عضويتك الكاملة -مجانًا- للوصول إلى جميع المحتويات المحظورة >هنا<

Related Invention, Innovation & Technical Principles

Scroll to Top

قد يعجبك أيضاً