

Uniqueness and representation of solutions of the generalized Euler-Poisson-Darboux equation
https://doi.org/10.26907/0021-3446-2025-6-57-72
Abstract
Let $\beta\geq\alpha>-1/2$ and $F$ be an even function of class $C^2(\mathbb{R})$. The paper studies the properties of solutions to the Cauchy problem
$$\frac{\partial^2U}{\partial x^2}+\frac{(2\alpha+1)}{x}\frac{\partial U}{\partial x}= \frac{\partial^2U}{\partial t^2}+\frac{(2\beta+1)}{t} \frac{\partial U}{\partial t}, \quad x>0,\,\, t>0,$$
$$U(x,0)=F(x), \quad \frac{\partial U}{\partial t}(x,0)=0, \quad x\geq 0$$
related to the structure of the kernel of the operator
$$\mathcal{A}F(t)=\int\limits_{0}^{\pi}F(\sqrt{r^2+t^2-2rt\cos\theta})\sin^{2\alpha}\theta d\theta$$
for a fixed $r>0$. It is shown that the functions from $\mathrm{Ker}\, \mathcal{A}$ are uniquely determined by their values on $(0,r)$ and this interval cannot be replaced by the interval $(0,\rho)$ with $\rho<r$. A description of $\mathrm{Ker}\, \mathcal{A}$ is found in the form of series of normalized Bessel functions $j_\alpha(\lambda x)$, $\lambda\in\mathcal{N}_r$, where $\mathcal{N}_r=\{x>0: j_\alpha(rx)=0 \}$. With the help of these results, new uniqueness theorems for solutions to the indicated Cauchy problem are established, theorems on the representation of solutions satisfying the condition $U(\xi,t)=0$, $\xi\in E$, $t>0$ are obtained, where the set $E$ consists of one positive number or $E$ coincides with the set of positive zeros of the function $j_\alpha$, and a new theorem on two radii is proved.
About the Authors
G. V. KrasnoschekikhRussian Federation
Gleb V. Krasnoschekikh.
24 Universitetskaya str., Donetsk, 283001
Vit. V. Volchkov
Russian Federation
Vitaliy V. Volchkov.
24 Universitetskaya str., Donetsk, 283001
References
1. Ситник С.М., Шишкина Э.Л. Метод операторов преобразования для дифференциальных уравнений с операторами Бесселя (Физматлит, М., 2019).
2. Левитан Б.М. Разложение по функциям Бесселя в ряды и интегралы Фурье, Успехи матем. наук 6 (2), 102–143 (1951).
3. Киприянов И.А. Сингулярные эллиптические краевые задачи (Наука, М., 1997).
4. Carroll R.W., Showalter R.E. Singular and Degenerate Cauchy Problems (Acad. Press, New York, 1976).
5. Shishkina E.L., Sitnik S.M. General form of the Euler-Poisson-Darboux equation and application of the transmutation method, Electronic J. Diff. Equat. 2017 (177), 1–20 (2017), DOI: 10.48550/arXiv.1707.04733.
6. Zalcman L. Approximation by solutions of partial differential equations, in : A bibliographic survey of the Pompeiu problem, 185–194 (Kluwer Acad. Publ., Dordrecht, 1992).
7. Беренстейн К., Ступпа Д. Комплексный анализ и уравнения в свертках, Итоги науки и техн. Сер. Соврем. пробл. матем. Фундам. направления 54, 5–111 (1989).
8. Volchkov V.V. Integral Geometry and Convolution Equations (Kluwer Acad. Publ., Dordrecht, 2003).
9. Йон Ф. Плоские волны и сферические средние в применении к дифференциальным уравнениям с частными производными (Инлит, М., 1958).
10. Курант Р. Уравнения с частными производными (Мир, М., 1964).
11. Volchkov V.V., Volchkov Vit.V. Offbeat Integral Geometry on Symmetric Spaces (Birkhauser, Springer, Basel, 2013).
12. Шишкина Э.Л. Единственность решения задачи Коши для общего уравнения Эйлера–Пуассона–Дарбу, Дифференц. уравнения 58 (12), 1688–1693 (2022), DOI: 10.31857/S037406412212010X.
13. Volchkov V.V., Volchkov Vit.V. Harmonic Analysis of Mean Periodic Functions on Symmetric Spaces and the Heisenberg Group (Springer, London, 2009).
14. Бейтмен Г., Эрдейи А. Высшие трансцендентные функции, Т. 2, Функции Бесселя, функции параболического цилиндра, ортогональные многочлены (Наука, М., 1974).
15. Коренев Б.Г. Введение в теорию бесселевых функций (Наука, М., 1971).
16. Delsarte J. Note sur une propriété nouvelle des fonctions harmoniques, C. R. Acad. Sci. Paris Sér. A–B 246, 1358–1360 (1958).
17. Smith J.D. Harmonic analysis of scalar and vector fields in Rn, Math. Proc. Cambridge Philos. Soc. 72 (3), 403–416 (1972), DOI: 10.1017/S0305004100047241.
18. Selmi B., Nessibi M.M. A local two radii theorem on the Chébli-Trimèche hypergroup, J. Math. Anal. Appl. 329 (1), 163–190 (2007), DOI: 10.1016/j.jmaa.2006.06.061.
19. Peyerimhoff N., Samiou E. Spherical spectral synthesis and two-radius theorems on Damek-Ricci spaces, Ark. Mat. 48, 131–147 (2010), DOI: 10.1007/s11512-009-0105-5.
20. Trimèche K. Generalized Wavelets and Hypergroups (Gordon and Beach Sci. Publ., Amsterdam, 1997).
21. Владимиров В.С. Обобщенные функции в математической физике (Наука, М., 1979).
22. Колмогоров А.Н., Фомин С.В. Элементы теории функций и функционального анализа (Наука, М., 1976).
23. Прудников А.П., Брычков Ю.А., Маричев О.И. Интегралы и ряды. Специальные функции (Наука, М., 1983).
Review
For citations:
Krasnoschekikh G.V., Volchkov V.V. Uniqueness and representation of solutions of the generalized Euler-Poisson-Darboux equation. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Matematika. 2025;(6):57-72. (In Russ.) https://doi.org/10.26907/0021-3446-2025-6-57-72