Initial condition solutions of the generalized feller equation

Summary Solutions for given initial conditions are established for the generalized (autonomous parabolic) Feller equation in one positive space variable and one positive time variable. The coefficients of this equation are power functions of the space variable and depend on four parameters. In general, the equation is singular at the origin and at infinity. It contains as special cases the special Feller equation, the Kepinski equation, and the heat equation. Areas of application include biology, superradiant emission processes, heat propagation in solids (with special applications in the area of heat shield and ablation material design), and certain chemical reaction-diffusion processes. It is noteworthy that, for particular values of the parameters, the equation allows an evolution theoretic derivation of the fundamental distribution laws of Wien, Maxwell, Poisson, and Gauss. The general initial condition solution will be derived from a fundamental solution and will be given in terms of an integral transform for locally summable functions (singular integral). It is also shown that, for admissible parameter values, there always exist nontrivial solutions which approach zero as the time variable goes to zero and that, for particular parameter ranges, there exist singular solutions, conservative solutions, and delta function initial condition solutions.

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Zusammenfassung Es werden Lösungen für gegebene Anfangsbedingungen für die verallgemeinerte (autonome, parabolische) Fellersche Gleichung in einer positiven Raumvariablen und einer positiven Zeitvariablen aufgestellt. Die Koeffizienten dieser Gleichung sind Potenzen der Raumvariablen und hängen von vier Parametern ab. Die Gleichung ist im allgemeinen singulär am Ursprung und im Unendlichen. Sie umfasst als Spezialfälle die spezielle Fellersche Gleichung, die Kepinskische Gleichung und die Wärmegleichung. Anwendung findet sie in der Biologie, in superstrahlenden Emissionsprozessen, in der Theorie der Wärmeausbreitung in Festkörpern (besonders beim Entwurf von Hitzeschilden und Abschmelzmaterialien) und im Gebiet gewisser chemischer Reaktions-Diffusionsprozesse. Est ist bemerkenswert, dass die Gleichung für besondere Parameterwerte eine evolutionstheoretische Herleitung der grundlegenden Verteilungsgesetze von Wien, Maxwell, Poisson und Gauss ermöglicht. Die allgemeine Lösung für gegebene Anfangsbedingung wird aus einer Grundlösung entwickelt und in der Form einer Integraltransformation gegeben für lokal summierbare Funktionen (singuläres Integral). Es wird weiterhin gezeigt, dass für zulässige Parameterwerte stets nichtriviale Lösungen existeren, die nach Null streben, wenn die Zeitvariable nach Null geht, und dass es für besondere Parameterbereiche singuläre und konservative Lösungen gibt und solche, die einer Deltafunktion als Anfangsbedingung entsprechen.