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आंशिक अवकल समीकरण (पीडीई)

1750
  • Jean le Rond d’Alembert
  • Leonhard Euler
  • Daniel Bernoulli
Historical discussion on partial differential equations by mathematicians in an office.

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

आंशिक अवकल समीकरण (पीडीई) एक ऐसा समीकरण है जो बहुचर फलन के विभिन्न आंशिक अवकलों के बीच संबंध स्थापित करता है। इस फलन को अक्सर अज्ञात कहा जाता है, और पीडीई इस अज्ञात फलन और इसके अवकलों के बीच संबंध का वर्णन करता है। साधारण अवकल समीकरणों (ओडीई) के विपरीत, जिनमें एक चर के फलन शामिल होते हैं, पीडीई बहुआयामी प्रणालियों के प्रतिरूपण के लिए मूलभूत हैं।

किसी फलन u(x_1, x_n) के लिए आंशिक अवकल समीकरण (पीडीई) निम्न रूप का होता है: F(x_1, x_n, u, frac{partial u}{partial x_1}, dots, frac{partial u}{partial x_n}, frac{partial^2 u}{partial x_1 partial x_1}, dots) = 0। यह सूत्र कई स्वतंत्र चरों वाले अज्ञात फलन u और उसके आंशिक अवकलों के बीच संबंध को दर्शाता है। पीडीई का क्रम समीकरण में मौजूद उच्चतम क्रम के अवकल द्वारा निर्धारित होता है। उदाहरण के लिए, एक समीकरण जिसमें द्वितीय अवकल तो होता है लेकिन उससे उच्चतर नहीं, द्वितीय क्रम का पीडीई कहलाता है।

PDE को उन गुणों के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है जो उनके हल की प्रकृति निर्धारित करने में सहायक होते हैं। एक प्रमुख वर्गीकरण रैखिकता है। एक PDE को "रैखिक" कहा जाता है यदि वह अज्ञात फलन और उसके सभी अवकलजों में रैखिक हो। उदाहरण के लिए, [latex]a(x,y)u_{xx} + b(x,y)u_{yy} = f(x,y)[/latex] रैखिक है। यदि गुणांक [latex]u[/latex] या उसके अवकलजों पर निर्भर करते हैं, तो समीकरण अरैखिक हो जाता है। अरैखिक PDE को हल करना अत्यंत कठिन होता है और अक्सर ये शॉक तरंगों या सॉलिटॉन जैसे जटिल व्यवहार प्रदर्शित करते हैं।

पीडीई (PDE) का अध्ययन गणित की एक विशाल शाखा है, जो विज्ञान और इंजीनियरिंग में विभिन्न घटनाओं के मॉडलिंग के लिए महत्वपूर्ण है। किसी समीकरण का हल ज्ञात करने का अर्थ है एक ऐसे फलन की पहचान करना जो समीकरण को संतुष्ट करता हो, और अक्सर विशिष्ट सीमा या प्रारंभिक स्थितियों के अधीन होता है जो समस्या को एक विशिष्ट भौतिक स्थिति तक सीमित कर देती हैं। इन हलों को विश्लेषणात्मक और संख्यात्मक दोनों तरीकों से ज्ञात करने और उनका विश्लेषण करने की विधियों का विकास 18वीं शताब्दी से ही गणित का एक केंद्रीय विषय रहा है।

UNESCO Nomenclature: 1102
• विश्लेषण

Type

सार प्रणाली

व्यवधान

क्रांतिकारी

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

  • कैलकुलस का विकास न्यूटन और लाइबनिज़
  • साधारण अवकल समीकरणों (ओडीई) का निरूपण
  • यूलर और डी'एलेम्बर्ट द्वारा आंशिक व्युत्पन्नों का परिचय
  • न्यूटन के गति के नियम और सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण

आवेदन

  • द्रव गतिकी (नेवियर-स्टोक्स समीकरण)
  • विद्युतचुंबकत्व (मैक्सवेल के समीकरण)
  • क्वांटम यांत्रिकी (श्रोडिंगर समीकरण)
  • सामान्य सापेक्षता (आइंस्टीन क्षेत्र समीकरण)
  • वित्तीय मॉडलिंग (ब्लैक-स्कोल्स समीकरण)

पेटेंट:

NA

संभावित नवाचार विचार

  • महासागर-वायुमंडल की संयुक्त गतिशीलता वाले पूर्वानुमानित जलवायु मॉडल
  • रियल टाइम मेडिकल इमेजिंग reconstruction from sensor data (e.g., mri, ct)
  • क्वांटम गुणों का अनुकरण करके एआई-संचालित सामग्री डिजाइन
  • स्मार्ट शहरों में स्वचालित यातायात प्रवाह अनुकूलन
  • स्टोकेस्टिक पीडीएस पर आधारित उच्च-आवृत्ति व्यापार एल्गोरिदम
  • ऊतकों में प्रसार का अनुकरण करने वाले वैयक्तिकृत दवा वितरण मॉडल
  • पुलों और इमारतों की वास्तविक समय में संरचनात्मक स्वास्थ्य निगरानी
  • वास्तविक तरल और धुएं के अनुकरण के लिए उन्नत कंप्यूटर ग्राफिक्स
संबंधित विषय: pde, आंशिक व्युत्पन्न, अवकल समीकरण, गणितीय प्रतिरूपण, विश्लेषण, बहुचर कैलकुलस, सीमा मान समस्या, प्रारंभिक मान समस्या।

ऐतिहासिक संदर्भ

आंशिक अवकल समीकरण (पीडीई)

-300
-550
1750
1790
1800
1844
1874
-300
-450
1585
1779
1799
1801
1850
1875

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)

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