数学物理方法习题课件.ppt

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1、周期函数的傅里叶级数展开：周期函数的傅里叶级数展开：奇函数的傅里叶展开：只含正弦项偶函数的傅里叶展开：只含余弦项定义在有限区间(0,l)：延拓成周期函数必备的高等数学知识：微积分：与三角函数有关的积分三角函数自身：三角函数之积：积化和差必备的高等数学知识：微积分：与三角函数有关的积分多项式与三角函数之积：分部积分周期函数的傅里叶级数展开：例：P.92,5.(1)题有限区间需要延拓奇的周期函数：T=2应展开为傅里叶正弦级数：周期函数的傅里叶级数展开：续上页：故：数学物理定解问题的“翻译”：泛定方程的导出：确定研究物理量

2、微元分析偏微分方程常见的三类泛定方程：双曲型抛物型椭圆型“二阶线性偏微分方程”？“齐次方程”？数学物理定解问题的“翻译”：常见的三类边界条件：“齐次边界条件”？初始条件：数学物理定解问题的“翻译”：【例】弦的振动1.P179，第1题：无限长、自由振动2.P201，第1题：有限长、自由振动数学物理定解问题的“翻译”：【例】弦的振动3.振动的几种常见边界条件：数学物理定解问题的“翻译”：【例】杆的纵振动1.P161，第2题：端点受力，第二类边界条件2.P179，第6题：半无限长、延拓数学物理定解问题的“翻译”：【例】杆

3、的纵振动3.P201，第4题：初始长度收缩数学物理定解问题的“翻译”：【例】杆的纵振动4.边界条件or初始条件：数学物理定解问题的“翻译”：【例】热传导1.P161，第3题：端点有热流，第二类边界条件2.P201，第2题：输运方程、一个初始条件数学物理定解问题的“翻译”：P152，第5题：热传导方程、非齐次热传导，温度u(x,t)，热量守恒定律、热传导定律xx+dxS数学物理定解问题的“翻译”：【例】稳定分布：拉普拉斯方程1.P202，第17题：圆域，极坐标2.换成圆环？换成球壳？球坐标数学物理定解问题的“翻译”：学会“翻

4、译”：定解问题=泛定方程+定解条件（边界、初始）物理分析：微元分析、受力平衡、守恒定律等常见的三类泛定方程：波动方程、输运方程、稳定场方程特征判断：最高阶数、是否线性、是否齐次常见的三类边界条件：第一类、第二类、第三类特征判断：是否齐次方程所需的初始条件：波动（2）、输运（1）、稳定场（0）非直角坐标：极坐标、球坐标Δ算符的表示数学物理定解问题的求解方法：行波法（达朗贝尔公式）：物理意义：分别沿正、反方向传播的行波适用：无界空间一维齐次波动方程半无界情形：延拓（满足初始条件）分离变数法：基本思路：分解为几个常微分方程；本征值

5、问题分两种情况：本征解是三角函数的情形：直角坐标、极坐标主要步骤：分离变数本征解叠加解定系数非齐次问题的解决思路：齐次化（特解、叠加）傅里叶级数展开（系数公式、常用积分）必备的高等数学知识：常微分方程：齐次方程：一元、二元；通解非齐次方程：特解+通解达朗贝尔公式、行波法：一维齐次波动方程的通解：无界空间一维波动方程的达朗贝尔公式：物理意义：用途：解某些数理方程（行波法）达朗贝尔公式、行波法：【例】1.P179，第1题：无限长直接代入公式2.P179，第6题：半无限长延拓分离变数法（傅里叶级数法）：【例】齐次方程、

6、齐次边界条件1.P201，第1题：波动方程分离变量法流程图初始条件边界条件泛定方程定解问题分离变数法（傅里叶级数法）：基本思路：把偏微分方程分解为几个常微分方程来求解其中有的常微分方程带有附加条件而构成本征值问题主要步骤：将未知函数写成不同变数函数的直积形式代入泛定方程和齐次边界条件分离变数求解本征值问题本征值、本征函数所求解可写成本征解的叠加形式根据初始条件确定叠加系数傅里叶级数展开适用于多种定解问题分离变数法（傅里叶级数法）：【例】齐次方程、齐次边界条件2.P201，第2题：输运方程分离变数法（傅里叶级数法）：【例

7、】齐次方程、齐次边界条件3.P201，第11题：稳定场方程（拉普拉斯方程）分离变数法要求很熟练地求解下列四个本征值问题，能直接写出本征值和本征函数分离变数法（傅里叶级数法）：【例】非齐次波动方程、输运方程1.P215，第4题：两种方法方法一：傅里叶级数法分离变数法（傅里叶级数法）：【例】非齐次波动方程、输运方程1.P215，第4题：两种方法方法二：冲量定理法两种方法应得到相同结果！（请自行验算）2.换成整体受谐变力f(x,t)=Asint？（定解条件不变，请自行练习）分离变数法（傅里叶级数法）：【例】非齐次稳定场方程

8、（泊松方程）1.P223，第1题：找特解求解齐次方程分离变数法（傅里叶级数法）：【例】非齐次边界条件1.P219，第1题：找特解齐次边界条件求解w与P201第2题完全相同！（请补充完整）