Уравнение Кадомцева — Петвиашвили

В математике и физике, уравнение Кадомцева — Петвиашвили (часто сокращённо называемое уравнением КП) — это дифференциальное уравнение в частных производных для описания нелинейного волнового движения. Названное в честь Бориса Борисовича Кадомцева и Владимира Иосифовича Петвиашвили уравнение КП обычно записывается как:

${\displaystyle \displaystyle \partial _{x}(\partial _{t}u+u\partial _{x}u+\epsilon ^{2}\partial _{xxx}u)+\lambda \partial _{yy}u=0}$

где ${\displaystyle \lambda =\pm 1}$. Приведённая выше форма показывает, что уравнение КП является обобщением на два пространственных измерения, x и y, одномерного уравнения Кортевега-де Фриза (КдФ). Чтобы иметь физический смысл, направление распространения волны должно быть не слишком далеко от направления x, то есть с медленными изменениями значений в направлении y.

Как и уравнение КдФ, уравнение КП полностью интегрируемо^{[1][2][3][4][5]}. Оно также может быть решено с помощью обратного преобразования рассеяния^[англ.], как и нелинейное уравнение Шрёдингера^[6].

Уравнение КП было впервые написано в 1970 году советскими физиками Борисом Кадомцевым (1928—1998) и Владимиром Петвиашвили (1936—1993); оно появилось как естественное обобщение уравнения КдФ (выведенного Кортевегом и де Фризом в 1895 году). Если в уравнении КдФ волны строго одномерны, то в уравнении КП это ограничение ослаблено. Тем не менее, и в уравнении КдФ, и в уравнении КП волны должны двигаться в положительном направлении x.

Уравнение КП может быть использовано для моделирования волн большой длины со слабо нелинейными восстанавливающими силами и частотной дисперсией. Если поверхностное натяжение слабо по сравнению с гравитационными силами, используется ${\displaystyle \lambda =+1}$; если же поверхностное натяжение сильное, то ${\displaystyle \lambda =-1}$. Из-за асимметрии в том, как x- и y-переменные входят в уравнение, волны, описываемые уравнением КП, ведут себя по-разному в направлении распространения (x) и поперечном (y) направлении; колебания в y-направлении имеют тенденцию быть более гладкими (иметь малые отклонения).

Уравнение КП может также использоваться для моделирования волн в ферромагнитных средах^[7], а также двумерных волновых импульсов в конденсатах Бозе-Эйнштейна.

Для ${\displaystyle \epsilon \ll 1}$, типичные осцилляции, зависящие от x, имеют длину волны ${\displaystyle O(1/\epsilon )}$, что даёт сингулярный предельный режим в виде ${\displaystyle \epsilon \rightarrow 0}$. Предел ${\displaystyle \epsilon \rightarrow 0}$ называется бездисперсионным^[англ.] пределом.^[8][9][10]

Если мы также предположим, что решения не зависят от y при ${\displaystyle \epsilon \rightarrow 0}$, то они будут удовлетворять невязкому уравнению Бюргерса:

${\displaystyle \displaystyle \partial _{t}u+u\partial _{x}u=0.}$

Предположим, что амплитуда колебаний решения асимптотически мала — ${\displaystyle O(\epsilon )}$ — в бездисперсионном пределе. Тогда амплитуда удовлетворяет уравнению среднего поля типа Дейви-Стюартсона^[англ.].

• Уравнение Новикова — Веселова^[англ.]
• Проблема Шоттки^[англ.]
• Бездисперсионное уравнение Кадомцева — Петвиашвили^[англ.]

• Кадомцев, Б. Б.; Петвиашвили, В. И. (09.02.1970). Об устойчивости уединённых волн в слабо диспергирующих средах. Докл. АН СССР. 15: 539–541. Bibcode:1970SPhD...15..539K. {{cite journal}}: Проверьте значение даты: |date= (справка)Википедия:Обслуживание CS1 (дата и год) (ссылка). Translation of Об устойчивости уединённых волн в слабо диспергирующих средах. Докл. АН СССР. 192: 753–756. 09.02.1970. {{cite journal}}: Проверьте значение даты: |date= (справка)
• Кодама, Ю. KP Solitons and the Grassmannians: combinatorics and geometry of two-dimensional wave patterns : [англ.]. — Springer, 2017. — ISBN 978-981-10-4093-1.
• Лу, С.-Ю.; Ху, С.-Б. (21.03.1997). Infinitely many Lax pairs and symmetry constraints of the KP equation. Journal of Mathematical Physics (англ.). 38 (12): 6401–6427. doi:10.1063/1.532219. {{cite journal}}: Проверьте значение даты: |date= (справка)Википедия:Обслуживание CS1 (дата и год) (ссылка)
• Минцони, А. А.; Смит, Н. Ф. (Ноябрь1996). Evolution of lump solutions for the KP equation. Wave Motion (англ.). 24 (3): 291–305. doi:10.1016/S0165-2125(96)00023-6. {{cite journal}}: Проверьте значение даты: |date= (справка)Википедия:Обслуживание CS1 (дата и год) (ссылка)
• Накамура, А. (12.09.1988). A bilinear N-soliton formula for the KP equation. Journal of the Physical Society of Japan (англ.). 58 (2): 412–422. doi:10.1143/JPSJ.58.412. {{cite journal}}: Проверьте значение даты: |date= and |year= / |date= mismatch (справка)
• Превиато, Эмма (2001), KP-equation, in Hazewinkel, Michiel (ed.), Encyclopedia of Mathematics, Springer, ISBN 978-1-55608-010-4
• Сяо, Т.; Цзэн, Ю. (30.06.2004). Generalized Darboux transformations for the KP equation with self-consistent sources. Journal of Physics A: Mathematical and General (англ.). 37 (28): 7143. arXiv:nlin/0412070. doi:10.1088/0305-4470/37/28/006. {{cite journal}}: Проверьте значение даты: |date= (справка)Википедия:Обслуживание CS1 (дата и год) (ссылка)

• Weisstein, Eric W. Kadomtsev–Petviashvili equation (англ.) на сайте Wolfram MathWorld.
• Джони Биондини и Дмитрий Пелиновский. Kadomtsev–Petviashvili equation (англ.). Scholarpedia.
• Бернар Деконинк. The KP page (англ.). University of Washington, Department of Applied Mathematics. Дата обращения: 20 октября 2022. Архивировано из оригинала 6 февраля 2006 года.