1.9 原书习题路线与公式速查|数学物理方法

数学物理方法 · 1.9 原书习题路线与公式速查
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数学物理方程篇·第一章 / 1.9

原书习题路线与公式速查

教材234—236页

1.9 · 教材234—236页

38 原书1—6题:代入验证与通解

原书题号 主线 关键一步
1(1) 二维径向调和
1(2) 三维径向Helmholtz ,令
2 两个不同方向函数叠加 链式法则、算子因式分解
3 高斯解与极限 求对数导数,注意只在讨论该点态极限
4 共振型特解 代,不要只试指数本身
5 的不变量 与都是
6 偏积分、常微分视角、减特解 其他变量作为参数,保留任意函数

1(1)得到,适用;若要求在原点有界,则。1(2)令后有,故

若要求原点正则,通常需,并用延拓。

原书2的方程可写为,分别验证每一项即可。原书4代入得到,所以。

原书6(1)把视为参数,得;6(2),令,得,所以。

6(3),可取时间无关特解,再加左右行波。这里,分母不能取0。

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39 原书7—8题:把物理条件写全

原书7三种热杆情况都从、开始,再补端点:

  1. 左绝热右恒温:。
  2. 两端分别以流入:。
  3. 左给温、右与环境换热:,。

原书8是长度的两端固定弦,中点被拉起高度后从静止释放。初位移是

再写、、。本题只要求建模,不必提前求全时刻振型级数。折角意味着需要分段或广义解解释,模型本身仍有用。

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40 原书9—12题:降维边值特解特征线与延拓

9(1),直接积分得。

9(2)球对称波动令,变成;为了在正则,。把、作奇延拓到负轴,再用一维达朗贝尔公式,最后除,取适当极限。球面面积造成的衰减,正是这个换元的意义。

9(3)单位球面上给。注意点在球外,函数

在球内调和;球面上,分母平方就是。找到合适球外点源,便得满足条件的解;唯一性可用调和函数的Dirichlet唯一性结论确认。

星号9(4)是沿给、给的Goursat问题。本题,把代入两条线,得到

每条特征线只留下一个变化的函数项,交点值被算了两次,故要减去一次。它和在同时给位移、速度的Cauchy问题不同。

原书10是输运方程。沿求全导数,积分得

星号11利用初值奇偶性:两份初值都奇,则解关于仍奇,;都偶则解偶,光滑时。

星号12固定半直线、初位移、初速度。两者本来都可奇延拓,公式直接给

检验边界、两条初值和波动方程。这里初速度在无穷远增长,并不妨碍每个有限依赖区间上的公式有意义;也不要把它误当有限弦两端固定题。

图 P1-16 奇延拓对应固定端,偶延拓对应零斜率端
奇延拓:镜像反号,原点位移为0x>0 的原始数据x<0 的镜像延拓两份初始数据都奇 → 解奇 → u(t,0)=0,满足固定端。

奇延拓适配固定端;若要求初始角点连续,初位移在原点也应为0。

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41 一张表决定先写什么、再算什么

题目信号 第一动作 必查事项
判断方程 找最高偏导、看未知量是否线性 时间阶数另看
微元建模 受力或守恒 密度、热容量和源项单位
定解问题 PDE+区域+全部条件 初值数量与端点法向
给定热流 先写 “流入”还是“流出”
固定或绝热 位移/温度值,或法向导数 绝热不等于零温
全直线自由波 达朗贝尔公式 两项初值分开
非齐次源 减特解或杜阿梅尔积分 条件也随拆分改变
无穷叠加 先检查是否可交换求导 收敛与正则性

这一章的建模题写完后,逐句划掉题目中的已知条件,确保每一句都在模型里有位置。解题完成后,至少验PDE、初值、边界三项。若数据有折角或突变,再说明采用分段或广义解的解释。

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》扫描本数学物理方程篇·第一章整理;正文印刷页205—234上部,章末习题234—236。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。数学物理方程篇·第一章含24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。