数学物理方程篇·第四章 / 4.9
原书两组十个小题的路线与关键结果
教材323—324页
4.9 · 教材323—324页
35 习题1的三个傅里叶问题
1(1) 上半平面调和。 对变换得,边界;由远处衰减选。反演得到
这是半平面的泊松积分核,解的方程是拉普拉斯方程。数据要与题设远处衰减要求相容,不能一边给整个边界恒为1、一边还要求所有无穷远方向解趋零。
1(2) 有源全直线热方程。 初温零,答案就是4.2的源项双积分;先解,再反演,不能漏掉过去时间积分。
1(3) 半直线给端温。 按题目要求用正弦变换,,初值零,得到。完整推导见4.4,与4.7时间拉普拉斯法相同。
4.9 · 教材323—324页
36 习题2的第1至3小题
2(1) 、、。对拉普拉斯,,再对求导,得。边界,故,反演。
2(2) 杆、左绝热、右恒温,初温,方程。像函数为
反演或留数给
长期趋。若,初时右端角点不连续。
2(3) 半直线,、初温、端点零温、远处。时间变换给
注意远处温度为,题设只要求导数趋零,不能擅自要求温度趋零。
4.9 · 教材323—324页
37 习题2的第4至6小题
2(4) 半无限弦初位移零、初速度常数、左端固定、远处。像方程给,所以
前沿上位移连续、导数分段,按适当较弱或分区意义理解。
2(5) 两端零温,,初温。时间变换或直接分模态得。
2(6) 两端绝热,初温,解为。平均值为零,所以没有常数项;一般绝热初温不能都删常数模态。
4.9 · 教材323—324页
38 习题2第7小题:径向三维波动化成一维
原题,径向对称,、、原点有界。令,则,,初速度。
时间拉普拉斯满足。半轴D边界的解可写
用延迟反演,把两段积分合并成奇延拓的一维波公式:。最终
原点值由极限求,不是把直接判为发散。教材提示的余弦积分也可经频率求导辅助正弦变换;这里给出了时间拉普拉斯的闭合路线。