(PARTE DI QUESTO ARGOMENTO NON E` PRESENTE SULLE NOTE DELLO SCORSO ANNO - VERRANNO AGGIORNATE AL PIU` PRESTO).
Abbiamo iniziato a discutere metodi perturbativi per equazioni differenziali che contengano un parametro piccolo (che chiameremo epsilon).
Abbiamo visto un esempio di costruzione di serie perturbativa per risolvere l'equazione y''(x) = epsilon f[x] y(x) con una condizione iniziale in x = 0. Abbiamo considerato esplicitamente il caso f[x] = x. (cosi` che per epsilon = 1 si ritrova l'eq. di Airy) , ma il metodo funziona per qualunque f[x] continua su un certo intervallo finito.
Questo e` un esempio di espansione perturbativa regolare se guardiamo la soluzione su un intervallo finito. La serie in potenze epsilon converge piu` rapidamente (nel caso di Airy, due volte piu` rapidamente) di un'espansione perturbativa della stessa equazione costruita espandendo nella variabile x.
Abbiamo poi discusso come in molti problemi si trovino invece esempi di teoria delle perturbazioni singolare. Il caso tipico e` quando il parametro di espansione moltiplica il termine con la derivata piu` ampia.
Abbiamo discusso come in molti esempi di perturbazioni singolari, il comportamento per epsilon = 0 sia qualitativamente diverso da quello per epsilon diverso da zero, per quanto epsilon sia piccolo. Tipicamente, per epsilon piccolo ma non nullo, si formano regioni di rapida variazione della soluzione, in cui la soluzione perturbativa costruita nel modo standard non si applica.
Un tipico esempio di questo fenomeno e` quello dei "boundary layers" (anche noti come "strati limite"): regioni di rapida variazione della soluzione, la cui larghezza tende a zero per epsilon tendente a zero. Abbiamo considerato l'esempio dell'equazione
epsilon y''(x) + (1 + epsilon) y'(x) + y(x) = 0 , con condizioni di bordo y(0) = 0 e y(1) = 1 ,
per studiare come trattare problemi con boundary layers. In questo caso, si forma un boundary layer la cui larghezza scala come epsilon intorno al punto x = 0.
Abbiamo costruito due termini di un'espanzione perturbativa "esterna" valida per x finito e epsilon piccolo, e due termini di un'espansione perturbativa alternativa, "interna", che vale per x = epsilon X , con X finito, cioe` "dentro" al boundary layer.
Abbiamo poi visto come bisogni considerare una regione intermedia tra i due regimi precedenti per "incollare" le due espansioni perturbative interna e esterna, fissando i parametri liberi.
Come riprenderemo durante la prossima lezione, questa tecnica di incollare le due espansioni interna ed esterna permette di costruire un'approssimazione globale, valida uniformemente per qualunque x per epsilon piccolo.