Riemann Invariants and Rank-k Solutions of Hyperbolic Systems A. M. Grundland∗ B. Huard† CRM-3197 September 2005 ∗Centre de recherches math´ematiques, Universit´ede Montr´eal, C. P. 6128, Succ. Centre-ville, Montr´eal, (QC) H3C 3J7, Canada; Universit´edu Qu´ebec, Trois-Rivi`eres CP500 (QC) G9A 5H7, Canada;
[email protected] †D´epartement de math´ematiques et de statistiques, C.P. 6128, Succc. Centre-ville, Montr´eal, (QC) H3C 3J7, Canada;
[email protected] Abstract In this paper we employ a “direct method” to construct rank-k solutions, expressible in Riemann invariants, to hyperbolic system of first order quasilinear differential equations in many dimensions. The most important feature of our approach is the analysis of group invariance properties of these solutions and applying the conditional symmetry reduction technique to the initial equations. We discuss in detail the necessary and sufficient conditions for existence of these type of solutions. We demonstrate our approach through several examples of hydrodynamic type systems; new classes of solutions are obtained in a closed form. R´esum´e Dans cet article, nous employons une “m´ethode directe” pour construire des solutions de rang k, exprimables en termes d’invariants de Riemann, pour les syst`emes hyper- boliques d’´equations diff´erentielles quasilin´eaires du premier ordre en plusieurs dimen- sions. La caract´eristique la plus importante de cette approche est l’analyse des propri´et´es d’invariance de ces solutions et l’application de la m´ethode de r´eduction par sym´etries conditionnelles aux ´equations initiales. Nous discutons en d´etail les conditions n´eces- saires et suffisantes pour l’existence de ces types de solutions.