数学物理方程篇·第一章 / 1.10
二十四道自编检查题与完整解析
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练习1 判阶数与线性
判断
展开解析:系数依赖x不影响线性
第一式二阶线性,整理成
练习2 积分后保留什么自由度
求
展开解析:任意函数不只常数
第一式为
练习3 验证一个调和函数
验证
展开解析:逐项求导
练习4 行波的方向
展开解析:追踪波峰
波峰
练习5 张力与线密度
弦张力变为原来的4倍,线密度变为原来的2倍,波速变为多少倍?
展开解析:先写根号比
练习6 阻力项写在哪一侧
单位长度阻力为
展开解析:从净力等于质量乘加速度
练习7 热源应除以什么
均匀材料的热源密度为
展开解析:储热系数与传热系数分开
练习8 热流方向
一维温度
展开解析:梯度负,热流正
练习9 两端向内输入热量
杆
展开解析:先写向外法向
左端
练习10 左端热交换
杆左端与温度
展开解析:Robin与Neumann
左端
练习11 初始条件数量
解释为什么热方程通常给一个初值,波动方程给两个。若热方程已有初温
展开解析:看时间阶数
热方程对
练习12 完整写出热杆问题
侧表面绝热、无内源的均匀杆,初温
展开解析:方程区域与条件缺一不可
练习13 拨弦初位移
长度
展开解析:两段直线连接端点
初位移为
练习14 达朗贝尔公式的多项式计算
解全直线
展开解析:分开计算两项
位移项为
练习15 正弦位移与线性初速度
全直线波速
展开解析:先用三角和差
位移项为
练习16 依赖区间
波速
展开解析:用两条特征线回到初始线
区间为
练习17 叠加是否仍是原问题的解
若
展开解析:右端也线性组合
差满足齐次方程和齐次边界:
练习18 找特解并改变边界
求
展开解析:方程与边界分别处理
可取
练习19 杜阿梅尔积分检验
全直线零初值问题
展开解析:积分区间长度就是关键
内积分为
练习20 波动与热的辅助初值
同样有源项
展开解析:求几次时间导数,源就在第几次出现
波动辅助问题给
练习21 输运方程
解
展开解析:沿特征线累积源
练习22 径向调和函数
求二维
展开解析:先化成一阶守恒式
练习23 由球外点源识别边值解
单位球内求调和函数,球面边界为
展开解析:把边界凑成距离平方
取球外点
练习24 高斯解的验证与极限
设
展开解析:用对数导数减少计算
记
42 这一章学到什么程度,再进入分离变量法
先把检查题1—13完成,确保会读方程、会建模、会写初值与边界。再做14—20,掌握行波、达朗贝尔公式与叠加齐次化;21—24用于把特征线、径向结构与热核联系起来。
回原书时先做7、8这类“只要求写出定解问题”的题,不要额外给自己增加求完整解的任务;再做1—6与9—10,最后处理带星号的特征线、奇偶性和半直线延拓。
下一章分离变量法会反复使用本章的齐次边界、叠加与初值数据。进入下一章前,至少应该能看到一题就先写对“区域、PDE、初值、左右端条件”四项;这些写错,后面的级数计算再熟也解决不了原问题。