三大方程

因?yàn)榍懊鎺讉€(gè)月沒有好好學(xué),現(xiàn)在馬上就要線上考試了(嘔,線上考試作弊簡(jiǎn)單的一批,花幾十塊錢就能找到代做了,老師說的那些保證公平的方法都只是讓不作弊的人難受而已)


  • 波動(dòng)方程
  • 熱傳導(dǎo)方程
  • 調(diào)和方程

波動(dòng)方程

u_{tt}=a^2\Delta u +f(\vec{x},t)

邊界條件

  • 第一類邊界條件(Dirichlet 邊界條件)

u(x_0,t)=g(x_0,t)

  • 第二類邊界條件(Neumann 邊界條件)

u_{x}=\mu(t)

  • 第三類邊界條件

\left(u_{x}+\sigma u\right)\big|_{x=l}=v(t)
\sigma>0

熱傳導(dǎo)方程

u_{t}=a^2\Delta u+f(\vec{x},t)

邊界條件

  • 第一類邊界條件(Dirichlet 邊界條件)

u(x,t)|_{\vec{x}_0\in\Gamma}=g(\vec{x}_0,t)

\Gamma 為物體的邊界曲面,g(\vec{x},t) 是定義在 \Gamma,\;0\leqslant t\leqslant T 上的已知函數(shù).

  • 第二類邊界條件(Neumann 邊界條件)

\dfrac{\partial u}{\partial\vec{n}}\bigg|_{\vec{x_0}\in\Gamma}=g(\vec{x}_0,t)

這里 \dfrac{\partial u}{\partial \vec{n}} 表示 u 沿邊界 \Gamma 上的單位外法線方向 \vec{n} 的方向?qū)?shù),g(\vec{x},t) 是定義在 \vec{x}\in\Gamma,\;0\leqslant t\leqslant T 上的已知函數(shù).

  • 第三類邊界條件

\left(\dfrac{\partial u}{\partial \vec{n}}+\sigma u\right)\bigg|_{\vec{x}_0\in\Gamma}=g(\vec{x}_0,t)
\sigma>0,這里 \dfrac{\partial u}{\partial \vec{n}} 表示 u 沿邊界 \Gamma 上的單位外法線方向 \vec{n} 的方向?qū)?shù),g(\vec{x},t) 是定義在 \vec{x}\in\Gamma,\;0\leqslant t\leqslant T 上的已知函數(shù).

泊松方程

\Delta u\equiv f(\vec{x})

  • 調(diào)和方程

\Delta u\equiv 0

方程及解 u 與時(shí)間 t 無關(guān),所以定解條件中只有邊界條件,此種定解問題稱為邊值問題.

  • 第一邊值問題(Dirichlet 問題)
    在空間 (x,y,z) 中某一區(qū)域 \Omega 的邊界 \Gamma 上給定了一個(gè)連續(xù)函數(shù) g,要求找出這樣的一個(gè)函數(shù) u(x,y,z),它在 \Omega 內(nèi)是調(diào)和函數(shù),在 \Omega\bigcup\Gamma 上連續(xù),并在 \Gamma 上與已給的函數(shù) g 重合:
    u\big|_{\Gamma}=g

  • 第二邊值問題(Neumann 問題)
    在某光滑的閉曲面 \Gamma 上給出連續(xù)函數(shù) g,要尋找這樣一個(gè)函數(shù) u(x,y,z),它在 \Gamma 的內(nèi)部區(qū)域 \Omega 中是調(diào)和函數(shù),在 \Omega\bigcup\Gamma 上連續(xù),且在 \Gamma 上的任一點(diǎn)沿 \Gamma 的單位外法線方向 \vec{n} 的方向?qū)?shù) \dfrac{\partial u}{\partial \vec{n}} 存在,并且就等于已給函數(shù)在該點(diǎn)的值:
    \dfrac{\partial u}{\partial \vec{n}}\bigg|_{\Gamma}=g

  • 狄利克雷外問題
    在空間 (x,y,z) 的某一閉曲面 \Gamma 上給定連續(xù)函數(shù) g,要找出這樣一個(gè)函數(shù) u(x,y,z),它在 \Gamma 的外部區(qū)域 \Omega' 內(nèi)調(diào)和(無窮遠(yuǎn)處除外),在 \Omega'\bigcup\Gamma 上連續(xù),當(dāng)?shù)?(x,y,z) 趨于無窮遠(yuǎn)時(shí),u(x,y,z) 一致地趨于零,并且它在 \Gamma 上取給得的函數(shù)值
    u\big|_{\Gamma}=g
    上面的u(x,y,z) 一致地趨于零,即 \displaystyle\lim_{r\to\infty}u(x,y,z)=0\quad(r=\sqrt{x^2+y^2+z^2})

  • 諾伊曼外問題
    在光滑的閉曲面 \Gamma 上給出連續(xù)函數(shù) g,要求找出這樣一個(gè)函數(shù) u(x,y,z),它在閉曲面 \Gamma 的外部區(qū)域 \Omega' 內(nèi)調(diào)和,在 \Omega'\bigcup\Gamma 上連續(xù),在無窮遠(yuǎn)處滿足條件 \displaystyle\lim_{r\to\infty}u(x,y,z)=0\quad(r=\sqrt{x^2+y^2+z^2}),且在 \Gamma 上任一點(diǎn)沿趨于 \Omega' 的單位外法線方向 \vec{n}'(指向曲面 \Gamma 的內(nèi)部)的法向?qū)?shù) \dfrac{\partial u}{\partial \vec{n}'} 存在,并且滿足
    \dfrac{\partial u}{\partial \vec{n}'}\bigg|_{\Gamma}=g

為了與外問題相區(qū)別第一邊值問題、第二邊值問題又稱為 狄利克雷外問題諾伊曼外問題.

注:對(duì)于二位調(diào)和方程的狄利克雷外問題和諾伊曼外問題,條件應(yīng)該為解 u(x,y) 在無窮遠(yuǎn)處有界,即存在常數(shù) KM,使當(dāng) r=\sqrt{x^2+y^2}>k 時(shí),
|u(x,y)|<M.

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