Cálculo Variacional com Aplicação ao Problema de Sturm-Liouville

Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-10-08T21:50:33Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Renato Soares de Oliveira .pdf: 822447 bytes, checksum: 0216a777f7e39674bf6f55aef9c57d8f (MD5) === Approved for entr...

Full description

Bibliographic Details
Main Author: OLIVEIRA, Renato Soares de
Other Authors: http://lattes.cnpq.br/0559184209749319
Language:Portuguese
Published: Universidade Federal de Pernambuco 2018
Subjects:
Online Access:https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/27634
id ndltd-IBICT-oai-repositorio.ufpe.br-123456789-27634
record_format oai_dc
collection NDLTD
language Portuguese
sources NDLTD
topic Análise Matemática
Cálculo Variacional
spellingShingle Análise Matemática
Cálculo Variacional
OLIVEIRA, Renato Soares de
Cálculo Variacional com Aplicação ao Problema de Sturm-Liouville
description Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-10-08T21:50:33Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Renato Soares de Oliveira .pdf: 822447 bytes, checksum: 0216a777f7e39674bf6f55aef9c57d8f (MD5) === Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-11-21T20:33:06Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Renato Soares de Oliveira .pdf: 822447 bytes, checksum: 0216a777f7e39674bf6f55aef9c57d8f (MD5) === Made available in DSpace on 2018-11-21T20:33:06Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Renato Soares de Oliveira .pdf: 822447 bytes, checksum: 0216a777f7e39674bf6f55aef9c57d8f (MD5) Previous issue date: 2016-07-29 === CNPq === O cálculo de variações é um problema matemático que consiste em buscar máximos e mínimos (ou, mais geralmente, extremos relativos) de funções contínuas definidas sobre algum espaço funcional. Constituem uma generalização do cálculo elementar de máximos e mínimos de funções reais de uma variável. Ao contrário deste, o cálculo das variações lida com os funcionais, enquanto o cálculo ordinário trata de funções. Funcionais podem, por exemplo, ser formados por integrais envolvendo uma função incógnita e suas derivadas. O interesse está em funções extremas - aquelas que fazem o funcional atingir um valor máximo ou mínimo - ou de funções fixas - aquelas onde a taxa de variação do funcional é precisamente zero. Talvez o exemplo mais simples seja o de encontrar a curva com o menor comprimento possível ligando dois pontos. Se não houver restrições, a solução é (obviamente) uma linha reta ligando estes pontos. No entanto, se as possibilidades para esta curva estiverem restritas a uma determinada superfície no espaço, então a solução é menos óbvia e, possivelmente, muitas soluções podem existir. Tais soluções são conhecidas como geodésicas. Um problema relacionado a este é representado pelo princípio de Fermat: a luz segue o caminho de menor comprimento óptico ligando dois pontos, onde o comprimento óptico depende do material de que é composto o meio. Um conceito correspondente em mecânica é o princípio da mínima ação. Nesta dissertação faremos uma exposição dos principais conceitos do cálculo variacional com ênfase na equação de Euler-Lagrange, que trata-se de uma condição necessária para extremos locais de uma determinada classe de funcionais. Nosso objetivo principal é estudar os problemas de extremidades fixas com e sem vínculos para tratar o problema de Sturm-Liouville por meio de uma abordagem variacional. Veremos que cada autovalor do problema de Sturm-Liouville é obtido pela resolução de um problema variacional de minimização para depois, através desse fato, conseguirmos estimativas para esses autovalores. === Calculus of variations is a field of mathematical analysis that deals with maximizing or minimizing functionals, which are mappings from a set of functions to the real numbers. Functionals are often expressed as definite integrals involving functions and their derivatives. The interest is in extremal functions that make the functional attain a maximum or minimum value – or stationary functions – those where the rate of change of the functional is zero. A simple example of such a problem is to find the curve of shortest length connecting two points. If there are no constraints, the solution is obviously a straight line between the points. However, if the curve is constrained to lie on a surface in space, then the solution is less obvious, and possibly many solutions may exist. Such solutions are known as geodesics. A related problem is posed by Fermat’s principle: light follows the path of shortest optical length connecting two points, where the optical length depends upon the material of the medium. One corresponding concept in mechanics is the principle of least action. In this dissertation we present the main concepts of the variational calculus emphasizing the Euler-Lagrange equation, that is a necessary condition for local extrema of a particular class of functionals. Our main aim is to study the problems of fixed ends with and without constraints to address the Sturm-Liouville problem through a variational approach. We will see that each eigenvalue of the Sturm-Liouville problem is obtained by solving a variational minimization problem and then, by this fact, we get estimates for these eigenvalues.
author2 http://lattes.cnpq.br/0559184209749319
author_facet http://lattes.cnpq.br/0559184209749319
OLIVEIRA, Renato Soares de
author OLIVEIRA, Renato Soares de
author_sort OLIVEIRA, Renato Soares de
title Cálculo Variacional com Aplicação ao Problema de Sturm-Liouville
title_short Cálculo Variacional com Aplicação ao Problema de Sturm-Liouville
title_full Cálculo Variacional com Aplicação ao Problema de Sturm-Liouville
title_fullStr Cálculo Variacional com Aplicação ao Problema de Sturm-Liouville
title_full_unstemmed Cálculo Variacional com Aplicação ao Problema de Sturm-Liouville
title_sort cálculo variacional com aplicação ao problema de sturm-liouville
publisher Universidade Federal de Pernambuco
publishDate 2018
url https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/27634
work_keys_str_mv AT oliveirarenatosoaresde calculovariacionalcomaplicacaoaoproblemadesturmliouville
_version_ 1718885322890149888
spelling ndltd-IBICT-oai-repositorio.ufpe.br-123456789-276342019-01-21T21:33:08Z Cálculo Variacional com Aplicação ao Problema de Sturm-Liouville OLIVEIRA, Renato Soares de http://lattes.cnpq.br/0559184209749319 LEANDRO, Eduardo Shirlippe Góes Análise Matemática Cálculo Variacional Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-10-08T21:50:33Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Renato Soares de Oliveira .pdf: 822447 bytes, checksum: 0216a777f7e39674bf6f55aef9c57d8f (MD5) Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-11-21T20:33:06Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Renato Soares de Oliveira .pdf: 822447 bytes, checksum: 0216a777f7e39674bf6f55aef9c57d8f (MD5) Made available in DSpace on 2018-11-21T20:33:06Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Renato Soares de Oliveira .pdf: 822447 bytes, checksum: 0216a777f7e39674bf6f55aef9c57d8f (MD5) Previous issue date: 2016-07-29 CNPq O cálculo de variações é um problema matemático que consiste em buscar máximos e mínimos (ou, mais geralmente, extremos relativos) de funções contínuas definidas sobre algum espaço funcional. Constituem uma generalização do cálculo elementar de máximos e mínimos de funções reais de uma variável. Ao contrário deste, o cálculo das variações lida com os funcionais, enquanto o cálculo ordinário trata de funções. Funcionais podem, por exemplo, ser formados por integrais envolvendo uma função incógnita e suas derivadas. O interesse está em funções extremas - aquelas que fazem o funcional atingir um valor máximo ou mínimo - ou de funções fixas - aquelas onde a taxa de variação do funcional é precisamente zero. Talvez o exemplo mais simples seja o de encontrar a curva com o menor comprimento possível ligando dois pontos. Se não houver restrições, a solução é (obviamente) uma linha reta ligando estes pontos. No entanto, se as possibilidades para esta curva estiverem restritas a uma determinada superfície no espaço, então a solução é menos óbvia e, possivelmente, muitas soluções podem existir. Tais soluções são conhecidas como geodésicas. Um problema relacionado a este é representado pelo princípio de Fermat: a luz segue o caminho de menor comprimento óptico ligando dois pontos, onde o comprimento óptico depende do material de que é composto o meio. Um conceito correspondente em mecânica é o princípio da mínima ação. Nesta dissertação faremos uma exposição dos principais conceitos do cálculo variacional com ênfase na equação de Euler-Lagrange, que trata-se de uma condição necessária para extremos locais de uma determinada classe de funcionais. Nosso objetivo principal é estudar os problemas de extremidades fixas com e sem vínculos para tratar o problema de Sturm-Liouville por meio de uma abordagem variacional. Veremos que cada autovalor do problema de Sturm-Liouville é obtido pela resolução de um problema variacional de minimização para depois, através desse fato, conseguirmos estimativas para esses autovalores. Calculus of variations is a field of mathematical analysis that deals with maximizing or minimizing functionals, which are mappings from a set of functions to the real numbers. Functionals are often expressed as definite integrals involving functions and their derivatives. The interest is in extremal functions that make the functional attain a maximum or minimum value – or stationary functions – those where the rate of change of the functional is zero. A simple example of such a problem is to find the curve of shortest length connecting two points. If there are no constraints, the solution is obviously a straight line between the points. However, if the curve is constrained to lie on a surface in space, then the solution is less obvious, and possibly many solutions may exist. Such solutions are known as geodesics. A related problem is posed by Fermat’s principle: light follows the path of shortest optical length connecting two points, where the optical length depends upon the material of the medium. One corresponding concept in mechanics is the principle of least action. In this dissertation we present the main concepts of the variational calculus emphasizing the Euler-Lagrange equation, that is a necessary condition for local extrema of a particular class of functionals. Our main aim is to study the problems of fixed ends with and without constraints to address the Sturm-Liouville problem through a variational approach. We will see that each eigenvalue of the Sturm-Liouville problem is obtained by solving a variational minimization problem and then, by this fact, we get estimates for these eigenvalues. 2018-11-21T20:33:06Z 2018-11-21T20:33:06Z 2016-07-29 info:eu-repo/semantics/publishedVersion info:eu-repo/semantics/masterThesis https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/27634 por Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ info:eu-repo/semantics/openAccess Universidade Federal de Pernambuco Programa de Pos Graduacao em Matematica UFPE Brasil reponame:Repositório Institucional da UFPE instname:Universidade Federal de Pernambuco instacron:UFPE