5.9 热核题从积分走到可检查的结果|数学物理方法

数学物理方法 · 5.9 热核题从积分走到可检查的结果
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数学物理方程篇·第五章 / 5.9

热核题从积分走到可检查的结果

教材§5.3应用与本讲义补充

5.9 · 教材§5.3应用与本讲义补充

33 高斯初温:先配方,再读物理量

求 、,。卷积为两个高斯的积分。将指数配方,或使用高斯积分 ,得到

先检查 恢复初温;再检查总积分始终是 。不要误以为初始高斯总量必为1,它有没有归一化取决于前面的系数。

做题要点: 系数、指数中的时间尺度要配套。若空间整体平移到 ,把 换成 即可。

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34 正弦初值、常数源和反应项

若初值 ,不用做卷积积分:它是拉普拉斯的特征函数,解为 。零初值且源为常数 ,全空间均匀解为 ;这也由 得到。

方程改成 ,令 ,就把反应项去掉。点初值的核为

它的总积分为 ,不再总量守恒。若再加源 ,源积分中乘的是 ,因为每份源只经历余下的演化时间。

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35 有边界时,热核也可以做镜像

半轴 、齐次边界,令源点 。固定零温边界用

绝热边界用

前者在 两值抵消;后者在 两导数抵消。它们必须与半轴上的数据做 ,不能再拿全轴积分重复计算。

对 ,空间总积分保持1;对 ,小于1并随时间减少,因为边界会吸收热。有限区间的核也可按正弦/余弦特征级数构造。全空间热核、镜像热核、特征级数是同一个思路在不同边界下的实现。

图 P5-18 热核的镜像相减或相加满足不同端点条件
零温边界允许热流失;绝热边界保持半轴总量。半轴x>0:同一条热核的正负镜像零温:两核相减Kᴰ=H(x−ξ)−H(x+ξ)在x=0值为0绝热:两核相加Kᴺ=H(x−ξ)+H(x+ξ)在x=0导数为000真实源ξ=1,t=0.4,a=1;积分空间仅取半轴。

零温边界允许热流失;绝热边界保持半轴总量。

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练习17 高斯初值检验

取 、初温 。写出解和中心温度,并求中心温度降为初始一半的时刻。

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解为 。中心温度 。令其为 ,得到 ,所以 。

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练习18 反应项的时间不能放错

零初值方程 ,源在空间均匀,。求解并说明为什么结果不含 。

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每一时刻的空间积分 ,故 。均匀数据使扩散项为0,也可直接解 验证。 极限为 。

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·第五章整理;正文印刷页325—372上部,章末习题372—374。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,采用原创讲解,不逐字复述原文。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;第五章另按原书12个大题逐项给出解法、结果与适用条件;自编检查题另列。

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·第五章含36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。