On the Painlevé integrability and nonlinear structures to a (3 + 1)-dimensional Boussinesq-type equation in fluid mediums: Lumps and multiple soliton/shock solutions

物理 孤子 非线性系统 类型(生物学) 休克(循环) 数学物理 冲击波 机械 经典力学 量子力学 医学 生态学 内科学 生物
作者
Abdul‐Majid Wazwaz,Weaam Alhejaili,S. A. El-Tantawy
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:36 (3) 被引量:5
标识
DOI:10.1063/5.0194071
摘要

This work examines the Painlevé integrability of a (3 + 1)-dimensional Boussinesq-type equation. Using the Mathematica program, we rigorously establish Painlevé's integrability for the suggested problem. By utilizing Hirota's bilinear technique, we obtain the dispersion relations and phase shifts, which enable us to derive multiple soliton solutions. In addition, we systematically derive a wide range of lump solutions using the Maple symbolic computation. The investigation extends to encompass a variety of exact solutions with distinct structural features, including kink, periodic, singular, and rational solutions. This comprehensive analysis illustrates the profound richness of the model's dynamics and its potential to elucidate diverse nonlinear wave phenomena across various physical contexts. Therefore, the results that we will obtain play a vital role in understanding the mechanism of generation and propagation of many mysterious phenomena that arise in various scientific fields, including plasma physics, fluid mechanics, and the propagation of waves on the surfaces of seas and oceans to optical fibers.
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