Differential symmetry operators first order canonical differential equations

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background. Symmetries play an important role in mechanics and theoretical physics. The main models in these sciences are differential equations and systems of equations. Therefore, the study of symmetries of differential equations has not only theoretical, but also practical meaning. Canonical second-order differential equations are one of the basic equations of mathematical physics. The article sets the task of describing first-order differential symmetry operators of canonical equations and Lie algebras formed by such operators. Materials and methods. The introduction to this work is devoted to a brief overview of the general theory of differential substitutions of dependent variables. Such substitutions generate differential symmetry operators, and first-order operators, in particular, form Lie algebras with respect to the commutator. Paragraph 2 describes in general terms the concepts that are directly used in this article. Canonical equations and Laplace invariants are introduced. Results. In section 3, we formulate and prove a theorem on necessary and sufficient conditions under which a linear differential operator of the first order is an operator of differential symmetry of a canonical equation. In section 4, the theorem is used to describe the set of differential symmetry operators of the Euler-Poisson equations. In section 5, we establish the general form of the commutator of first-order differential symmetry operators and prove that the Lie algebra of first-order differential symmetry operators of the Euler-Poisson equations is isomorphic to the Lie algebra of second-order matrices. Section 6 contains the differential symmetry operators of canonical equations with constant coefficients, as well as canonical equations of the form. The Lie algebras of such operators turn out to be solvable four-dimensional Lie algebras with a one-dimensional center. Conclusions. The results obtained seem to be quite significant. But the main result is Theorem 1, which can be used to describe Lie algebras of differential symmetry of first-order operators in other interesting cases not covered in this paper.

About the authors

Aleksandr I. Fomin

independent researcher

Email: fomin45@mail.ru

Candidate of physical and mathematical sciences, associate professor

(Moscow, Russia)

Vera I. Titarenko

Institute of Information Systems, State University of Management

Author for correspondence.
Email: vera_xmel@mail.ru

Candidate of physical and mathematical sciences, associate professor of the sub-department of mathematics and computer science,

(99 Ryazanskiy avenue, Moscow, Russia)

References

  1. Ovsyannikov L.V. Gruppovoy analiz differentsial'nykh uravneniy = Group analysis of differential equations. Moscow: Nauka, 1978. (In Russ.)
  2. Ibragimov N.Kh. Gruppy preobrazovaniy v matematicheskoy fizike = Transformations groups in mathematical physics. Moscow: Nauka, 1983. (In Russ.)
  3. Olver P. Prilozhenie grupp Li k differentsial'nym uravneniyam = Application of groups to differential equations. Transl. from Engl. by I.G. Shcherbak. Moscow: Mir, 1989:637. (In Russ.)
  4. Bocharov A.V., Verbovetskiy A.M., Vinogradov A.M. et al. Simmetrii i zakony sokhraneniya uravneniy matematicheskoy fiziki = Symmetry and laws of preserving the equations of mathematical physics. Moscow: Faktorial, 1997. (In Russ.)
  5. Fushchich V.I., Nikitin A.G. Simmetriya uravneniy kvantovoy mekhaniki = Symmetry of the equations of quantum mechanics. Moscow: Nauka, 1990. (In Russ.)
  6. Malkin I.A., Man'ko V. I. Dinamicheskie simmetrii i kogerentnye sostoyaniya kvantovykh system = Dynamic symmetries and coherent conditions of quantum systems. Moscow: Nauka, 1990. (In Russ.)
  7. Zhelobenko D.P. Transmoteur algebras in the theory of representations and dynamic symmetry. Teoretiko-gruppovye metody v fizike = Theoretical and group methods in physics. Moscow: Nauka, 1986;2:5–21. (In Russ.)
  8. Fomin A.I. Differential symmetry algebras for linear homogeneous differential equations. Russian journal of mathematical physics. 1997;5(2):189–210.
  9. Fomin A.I. Differential Homomorphisms of Linear Homogeneous Systems of Differential Equations. Russian journal of mathematical physics. 2012;19(2):159–181.
  10. Trikomi F. Lektsii po uravneniyam s chastnymi proizvodnymi = Lectures on equations with private derivatives. Moscow: Izdatel'stvo inostr. lit-ry, 1957. (In Russ.)
  11. Laplace P.S. Recherches sur le calcul integral aux differences partielles. Memoires de l’Academie royale des Sciences de Paris. 1773;77:341–408 [perepechatano: Oeuvres completes. Paris: Gauthier–Villars, 1893;9:5–68].
  12. Darouboux G. Lecons sur la theorie generale des surfaces et les applications geometriques du calcul infinitesimal. 2 ed. Paris: Gauthier–Villars, 1915;2.
  13. Fomin A.I. Laplace transformations as differential isomorphisms. Nauchnaya diskussiya: voprosy matematiki, fiziki, khimii, biologii: sb. st. po materialam XLIV‒XLVIII mezhdunar. nauch.-prakt. konf. = Scientific discussion: issues of mathematics, physics, chemistry, biology: proceedimgs of the 44th-48th international scientific and practical conference. Moscow: Internauka, 2016;(8-12):5–12. (In Russ.)
  14. Fomin A.I. Titarenko V.I. Differential isomorphisms of the first order of canonical hyperbolic equations. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Povolzhskiy region. Fizikomatematicheskie nauki = University proceedings. Volga region. Physical and mathematical sciences. 2024;(1):118‒125. (In Russ.)
  15. Aksenov A.V. Symmetry and the ratio between the solutions of the class of Euler - Poisson - Darbu. Doklady RAN = Reports of the Russian Academy of Sciences. 2001;381(2):176–179. (In Russ.)
  16. Aksenov A.V. Linear differential relationships between the solutions of the class of Euler -Poisson - Darbu. Sovremennaya matematika i ee prilozheniya = Modern mathematics and its applications. 2004;12:3–37. (In Russ.)
  17. Fomin A.I., Titarenko V.I. The system of determining equations for linear differential translators of the first order of the family of canonical hyperbolic equations. Nauchnaya diskussiya: voprosy matematiki, fiziki, khimii, biologii: sb. st. po materialam XL mezhdunar. nauch.-prakt. konf. = Scientific discussion: issues of mathematics, physics, chemistry, biology: proceedings of the 40th international scientific and practical conference. Moscow: Internauka, 2016;(4):15–27. (In Russ.)
  18. Kirillov A.A. Elementy teorii predstavleniy = Elements of the theory of representations. Moscow: Nauka, 1972. (In Russ.)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».