Partielle Differentialgleichungen

Eine partielle Differentialgleichung (Abkürzung PDG oder PDGL, beziehungsweise PDE für engl. partial differential equation) ist eine Differentialgleichung, die partielle Ableitungen enthält. Solche Gleichungen dienen der mathematischen Modellierung vieler physikalischer Vorgänge. Die Lösungstheorie von partiellen Differentialgleichungen ist für lineare Gleichungen weitgehend erforscht, bei nichtlinearen Gleichungen enthält die mathematische Theorie noch viele Lücken. Zur praktischen Berechnung von Lösungen werden in der Regel numerische Verfahren herangezogen.
 
 

Definition

Eine partielle Differentialgleichung ist eine Gleichung (oder ein Gleichungssystem) für eine oder mehrere unbekannte Funktionen, die folgende Kriterien erfüllt:
Die implizite Form einer partiellen Differentialgleichung für eine Funktion uu, die von zwei Variablen xx und yy abhängt, lautet
F(x,y,u(x,y),u(x,y)x,u(x,y)y,,2u(x,y)xy,)=0, F\left(x,y,u(x,y),\dfrac{\partial u(x,y)}{\partial x},\dfrac{\partial u(x,y)}{\partial y}, \ldots,\dfrac{\partial^2 u(x,y)}{\partial x \partial y},\ldots \right) = 0,
wobei FF eine beliebige Funktion ist. Im mehrdimensionalen Fall schreibt man auch
F(x,u(x),Du,D2u,Dku,)=0 F\left(x,u(x),\operatorname{D} u,\operatorname{D}^2 u, \ldots \operatorname{D}^k u,\ldots \right) = 0
mit den partiellen Ableitungen DkuD^k u vom Grad kk.
Gleichungen, in denen neben partiellen Ableitungen auch Integrale auftreten, nennt man Integro-Differentialgleichungen.

Wir Mathematiker sind die wahren Dichter, nur müssen wir das, was unsere Phantasie schafft, noch beweisen.

Leopold Kronecker

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