6.7 用保形变换求平面场的复势|数学物理方法

数学物理方法 · 6.7 用保形变换求平面场的复势
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第六章 / 6.7

用保形变换求平面场的复势

教材164—166页

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30 先认清本书把电势放在虚部

本书这一节用表示复势,电势是,常数给出电力线族。其他教材也有把电势放实部的约定;这里始终按本书来,防止最后取错部分。

C-R方程保证调和,并且。在导数非零处,两族等值线正交。映到平面后,常数是竖线,常数是横线。

求电势时常做的是:找坐标变换,在平面写简单复势,然后

坐标变换和物理复势不必是同一个函数。 只有边界数值也正确时,映射才同时可以直接当复势。

更一般地,调和函数复合满足

所以无源区的拉普拉斯方程保留下来;这正是整个方法能用于静电、稳态温度等问题的原因。

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31 两段无限金属板:原书例1

取上半平面,正实半轴电势为,负实半轴为,两者在原点绝缘。对数取:

它把上半平面映成高度的条带,并把两段边界分别送到虚部0与。因此

逐条验边界:得,得。电势只随角度变,与半径无关;等势线是射线,电力线是半圆。

若,电场沿角度减小方向,大小为。在绝缘接缝原点附近发散,是理想化的突变边界造成的;不能把原点当成普通内点验导数。

为什么保留物理解释?它直接帮你判断符号:电场应从高电势侧指向低电势侧,公式若给出相反方向就应重查。

图 6-13 两板电势:等势射线与电力线半圆
负半轴 v₂正半轴 v₁绿色射线:等势线橙色半圆:电力线若v₂>v₁,场沿角度减小方向。v=v₁+(v₂-v₁)θ/π;接缝附近场强正比于1/r。

本书电势取复势虚部,所以射线为等势线,半圆为电力线。

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32 圆筒分成上下两半:原书例2

取单位圆内,上半圆电势0,下半圆电势1。先用

把圆盘映到上半平面:;上半圆弧映成正实半轴,下半圆弧映成负实半轴。再套上一例:

其中。令,直接有

圆内,所以取辐角的稳妥实数表达是

这里表示点的正确象限角,此处取值。写成普通反正切时才需分三段;不能直接用替代。

内部检查:时;上半圆边界除端点外趋于0,下半圆趋于1,中心也是。绝缘端点的边界值跳跃,不要求同时连续等于0和1。

图 6-14 半圆筒:电势取复势虚部,中心场向上
ReIm0上半圆:电势0下半圆:电势1中心电势 = 1/2中心电场向上t=i(1-z)/(1+z)v=Arg t / π0<Arg t<π

端点±1为边界电势接缝;中心F′=-2/π,按本书约定得到Ey=+2/π。

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33 场强怎样从复势求出,掌握到哪里

按照本书“电势为虚部”的约定,C-R给出

复合以后,所以场强大小还要乘。电势值可以直接复合,梯度不能只把变量换名。

例:两板问题,,故场强。圆筒问题

中心场强,方向向上,与电场从下方高电势指向上方低电势一致。具体代入,得,所以。复导数的负号不能直接当成电场方向,必须按照本书的实部、虚部约定换回分量。

第一轮要求: 会找映射、配边界常数、取虚部、验中心和边界。若只考纯复变映照题,场强推导可稍后深入;本节不是完全无用的背景,它解释为什么要研究保形变换。

来源、编排与掌握要求

依据用户提供的严镇军《数学物理方法》扫描本第六章整理;正文印刷页142—166上部,章末习题166—168。扫描PDF文件页序等于印刷页码加6。按原书节序覆盖各主题,以重新讲解、推导主线和例题说明组织,未逐字复制原文。自编检查题与原书习题分开编号,原书题号可在本章习题路线中查找;本文件不声称是全部原书习题的逐题答案册。

第一轮优先掌握能独立做题所需的概念、步骤和适用条件;背景、证明及拓展均说明用途和暂缓深究的边界。第六章含20道自编检查题及完整解析。公式与SVG内嵌,可离线阅读;屏幕答案默认折叠,打印时自动展开。整理日期:2026年10月22日。