n阶线性偏微分方程的求解对于我目前的问题来说没什么用,我只是解二阶线性偏微分方程。
下面我只讲二阶方程如何解
2.1 一维波动方程的解
2.2常系数线性齐次偏微分方程的通解 Lu=0 (当然2.2.1简单的讨论了非齐次的情形)
2.2.1 L(Dx,Dy)为Dx与Dy的齐次式 只考二阶
代数特征方程的解都不相同 α=a1,a2 a1 != a2
那么 u=Φ1*(y+a1*x) + Φ2*(y+a2*x)
代数特征方程的解都相同 α=a1,a2 a1=a2=a
那么 u=x*Φ1*(y+a*x) + Φ2*(y+a*x)
注:代数特征方程的写法如下
(Dx**2 - 2*a*Dt*Dx + a**2*Dx**2)u = 0
L = Dt**2 - 2*a*Dt*Dx + a**2*Dx**2 = (Dt - a*Dx)**2
令 α=Dt/Dx
则代数特征方程为 (α-a)**2 = 0
2.2.1 L(Dx,Dy)不为Dx与Dy的齐次式 只考一阶
(Dx-α*Dy-β)*u = 0
则u=Φ*(y + αx)*exp(βx)
2.2.1 分解因式
先看L能否分解因式,如果能的话,对各个因式分别写出代数特征方程进行求通解
最后将所有因式的通解求和,便是最终的通解u
2.3常系数线性非齐次偏微分方程的通解 Lu=f(x,y)
2.3.1 f=exp(ax+by)
方程特解 u* = 1/L(a,b)*f
2.3.1 f=exp((ax+by)*i)
方程特解 u* = 1/L(i*a,i*b)*f
2.3.1 f=sin(ax+by) 或 cos(ax+by)
方程特解 u*只要取 1/L(i*a,i*b)*f 相应的实部或虚部即可
2.3.1 f=g(x,y)*exp(ax+by)
先求解 Lv=g(x,y) 得该方程的特解v*
最终方程特解 u* = v* * exp(ax+by)
2.3.1 f= g(ax+by) L为Dx Dy的n次
方程特解 u* = 1/L(a,b)*G(z)
注:令z=ax+by G(z)是g(z)的n次积分
2.3.1 f=x^m * y^n 或 f=x^m + y^n
L = Dx
特解u*=1/Dx * f
注:相当于f对x求积分
L = DxDy
特解u*=1/Dx/Dy * f
注:相当于f先对y积分 再对x积分
注:Dx*G 相当于G对x求导;1/Dx*G 相当于G对x求积分
注:有时还需利用级数展开
如这个式子,利用1/(1-x) 展开,高阶的省略,只保留前 max(m,n) 阶即可
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