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Equazione differenziale parziale (PDE)

1750
  • Jean le Rond d’Alembert
  • Leonhard Euler
  • Daniel Bernoulli
Discussione storica sulle equazioni differenziali parziali da parte di matematici in un ufficio.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Un'equazione differenziale parziale (PDE) è un'equazione che impone relazioni tra le varie derivate parziali di una funzione multivariabile. La funzione è spesso chiamata incognita e una PDE descrive una relazione tra questa funzione incognita e le sue derivate. A differenza delle equazioni differenziali ordinarie (ODE), che riguardano funzioni di una sola variabile, le PDE sono fondamentali per modellare sistemi multidimensionali.

Un'equazione differenziale parziale (PDE) per una funzione [latex]u(x_1, punti, x_n)[/latex] è un'equazione della forma [latex]F(x_1, punti, x_n, u, frac{parziale u}{parziale x_1}, punti, frac{parziale u}{parziale x_n}, frac{parziale^2 u}{parziale x_1 parziale x_1}, punti) = 0[/latex]. Questa formulazione esprime una relazione tra una funzione incognita [latex]u[/latex] di diverse variabili indipendenti e le sue derivate parziali. L‘’ordine" della PDE è determinato dalla derivata di ordine più alto presente nell'equazione. Ad esempio, un'equazione che contiene una derivata seconda ma non una superiore è una PDE del secondo ordine.

Le PDE sono classificate in base a proprietà che aiutano a determinare la natura delle loro soluzioni. Una classificazione fondamentale è la linearità. Una PDE è ‘lineare’ se è lineare nella funzione incognita e in tutte le sue derivate. Ad esempio, [latex]a(x,y)u_{xx} + b(x,y)u_{yy} = f(x,y)[/latex] è lineare. Se i coefficienti dipendono da [latex]u[/latex] o dalle sue derivate, l'equazione diventa non lineare. Le PDE non lineari sono notoriamente difficili da risolvere e spesso presentano comportamenti complessi come onde d'urto o solitoni.

Lo studio delle PDE è una vasta branca della matematica, fondamentale per la modellazione di fenomeni in ambito scientifico e ingegneristico. Trovare una ‘soluzione’ significa identificare una funzione che soddisfa l'equazione, spesso soggetta a specifiche condizioni al contorno o iniziali che vincolano il problema a una situazione fisica unica. Lo sviluppo di metodi per trovare e analizzare queste soluzioni, sia analiticamente che numericamente, è stato un tema centrale della matematica fin dal XVIII secolo.

UNESCO Nomenclature: 1102
- Analisi

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Rivoluzionario

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • sviluppo del calcolo differenziale da parte di Newton e Leibniz
  • formulazione delle equazioni differenziali ordinarie (odes)
  • introduzione alle derivate parziali di eulero e d'alembert
  • newton’s laws of motion and universal gravitation

Applicazioni

  • fluidodinamica (equazioni di Navier-Stokes)
  • elettromagnetismo (equazioni di maxwell)
  • quantum mechanics (schrödinger equation)
  • relatività generale (equazioni di campo di Einstein)
  • modellazione finanziaria (equazione di Black-Scholes)

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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Correlato a: pde, derivata parziale, equazione differenziale, modellazione matematica, analisi, calcolo multivariabile, problema del valore limite, problema del valore iniziale.

Contesto storico

Equazione differenziale parziale (PDE)

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

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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