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1、数学物理方法,数学物理定解问题,数学物理方程的一般分类,一般分类 按自变量的个数,分为二元和多元方程; 按未知函数及其导数的幂次,分为线性微分方程和非线性微分方程; 按方程中未知函数导数的最高阶数,分为一阶、二阶和高阶微分方程. 线性偏微分方程的分类 按未知函数及其导数的系数是否变化分为常系数和变系数微分方程 按自由项是否为零分为齐次方程和非齐次方程,2元二阶线性微分方程的分类,一般形式: a uxx+ b uxy+ c uyy+ d1ux+ d2uy + e u = f(x,y) 特征方程: a x2 + bxy + cy2 = 0 判别式 = b2 4ac 分类 0 为双曲型,如波动方程;
2、 = 0 为抛物线型,如热传导方程; 0 为椭圆型,如泊松方程和Laplace方程.,定解问题,问题的提出 定解条件 初始条件 边界条件 定解问题 初值问题 边值问题 混合问题,初始条件,意义 反映系统的特定历史 分类 初始状态(位置),用 u |t=0 = f(x)表示; 初始变化(速度),用 ut|t=0 = g(x)表示.,边界条件,意义 反映特定环境对系统的影响 分类 按条件中未知函数及其导数的次数分: 线性边界条件和非线性边界条件; 线性边界条件中 按给出的是函数值或导数值分: 第一、二、三类边界条件; 按所给数值是否为零分: 齐次边界条件和非齐次边界条件.,定解问题,定解问题的组成
3、 泛定方程:反映同一类现象的普遍性; 定解条件:描述具体对象的特殊性. 定解问题的分类 初值问题(Cauchy Problem) 无边界条件(环境对问题的影响可以忽略不计) 边值问题 无初始条件(历史对问题的影响可以忽略不计) 第一边值问题(Dirichlet Problem) 第二边值问题(Neumann Problem) 第三边值问题(Robin Problem) 混合问题 同时有边界条件和初始条件.,定解问题,定解问题的适定性 适定性的意义 定解问题是实际问题的数学模型,适定性是对模型能否反映实际问题的一般要求. 适定性的内容 存在性 唯一性 稳定性 不适定问题举例 一般来说,方程的阶数
4、对应于定解条件的个数; 条件多了,将会破坏解的存在性; 条件少了,将会破坏解的唯一性.,波动方程 输运方程 拉普拉斯方程 泊松方程 第一类 第二类 第三类 周期性 有界性,演化方程 稳定方程 线性边界条件 自然边界条件 初始状态 初始速度,泛定方程 边界条件 初始条件,定解问题,本课程的主要内容:,一、分离变量法,1.有界弦的自由振动 (第2.1节),2. 有限长杆上的热传导 (第2.2节),3.拉普拉斯方程-圆形区域 (第2.3节),4. 非齐次方程的解法 (第2.4节),二、行波法,1.一维波动方程的达朗贝尔公式 (第3.1节),补充 这个方程非齐次方程的解法(Duhamel原理).,三、积分变换法,1.无限杆上的热传导问题-Fourier变换法,2.半无限杆上的热传导问题-Laplace变换法,第3.3节 例1, 补充 Fourier变换,第3.3节 例2, 补充 Laplace变换,四、拉普拉斯方程的格林函数法 (第四章),1. 拉普拉肆方程边值问题的提法 (第4.1节),2. 格林公式 (第4.2节),3. 格林函数 (第4.3节),4. 两种特殊区域上的格林函数及其 狄氏问题的解 (第4.4节),