数学物理方程篇·第五章 / 5.5
格林函数把边界和源一起装进解
教材§5.2.2,第336—341页
17 格林函数比全空间基本解多做了什么
区域为
把它拆成
因此,求格林函数是在做一件非常具体的事:保留区域内唯一的单位点源,用一个没有内部新源的修正满足边界。 镜像法就是用区域外的虚拟点源构造这个调和修正。虚拟点源若落进区域,会给方程添上不该有的δ。
18 第二格林公式:只保留本章要用的一行
对足够光滑的
这里
这就是本章静态题的主公式。 第一项接收内部源
格林函数本身边界为0;边界数据通过它的法向导数进入解。
严格证明中,
19 对称性是静态自伴问题的互易性
同一个狄利克雷拉普拉斯问题满足
用处一: 核的表达式虽然长,交换观察点和源点后应不变,可用于验算。用处二: 在表示公式中调换变量时不会换成另一个核。
不要把这个结论扩展为“所有有时间的核都在时间上对称”。因果热核、推迟波核只允许过去影响未来。空间算子若非自伴,也通常要引入伴随核,不能照搬这里的互易性。
20 做格林函数题的四项检查
- 内部方程:除了真实源点外是否调和;源点强度是否为
。 - 边界:把每一段边界代入,
是否为0。 - 位置:所有虚拟源是否都在区域外。
- 解的条件:外部或无界区域是否还满足要求的衰减、增长或有界性条件。
若边界给的是法向导数,不能直接使用上面的零狄利克雷格林函数公式。在有界纯诺伊曼问题中还存在常数零模态,并需满足通量与源的相容条件。这里强调它,是为了防止你一见“格林函数”就不看边界类型。
练习9 从表示公式核对源的符号
已知
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令上一公式的
练习10 外法向朝哪边
区域为上半空间
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上半空间的外面在下方,故