第2章24非齐次方程的求解问题课程.ppt

  1. 1、本文档共57页,可阅读全部内容。
  2. 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
  3. 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载
  4. 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
查看更多
* 由此得 在表达式(60)中利用初值条件(59)得 (60) (58) (59) (57) * 于是得如下常微分方程的初值问题 (63) 应用常微分方程中的常数变易法或拉氏变换法,得 问题(52)的解为 (64) (58) (59) (57) * (60) 将 代入 即得定解问题(57)-(59)的解。 值得指出的是: 对于有热源的有限长杆的热 传导方程(57)和零初值条件(59),公式(64)是通用的。 (64) (58) (59) (57) * 例2 求解下列问题 其中 为常数。 解 类似于2.1例2中的分析,与原方程相应的齐次 满足齐次边界条件的固有函数满足 方程 (65) * 因此可知与方程相应的齐次方程且同时满足齐次 边界条件的固有函数系为 解 首先, 设所求的解为 例2 求解下列问题 其中 为常数。 (65) (66) * 例2 求解下列问题 其中 为常数。 (65) 解 再将 按上述固有函数系展成傅里叶级数 (67) 其中 (66) * 把(66)-(67)代入(65)的方程中可得 例2 求解下列问题 其中 为常数。 (65) 解 (67) (66) * 解 从而有 例2 求解下列问题 其中 为常数。 (65) (68) 在表达式(66)中利用(65)中的初值条件得 (66) (69) * 于是得如下常微分方程的初值问题 (68) 应用常微分方程中的常数变易法或拉氏变换法,得 问题(68)-(69)的解为 (69) * 将 代入 即得所求解为 (66) 例2 求解下列问题 (65) * 三、泊松方程(非齐次的拉普拉斯方程) 用固有函数法求解非齐次的拉普拉斯方程的边值 问题。 我们通过举例来说明求解这类问题的要点 与步骤。 例3 在以原点为中心以1为半径的圆内,试求 泊松方程 的解, 使它满足边界条件 解 由于区域是圆域, 作极坐标变换 并记 则问题归结为 * (71) (72) 由2.3节的讨论可知, 与(71)相应的齐次方程 满足单值性条件的固有函数满足 (41) 因此,与(71)相应的齐次方程且同时满足单值性 条件的固有函数系为 * (71) (72) 由固有函数法,设方程(71)的解为 (73) 将(73)式代入方程(71)化简得 比较上式两端关于 的系数, * (71) (72) (73) (74) (75) 可得 将边界条件(72)代入(73)式,则有 (77) (76) * (71) (72) (73) (74) (75) 可得 (76) 再根据函数 的有界性,得 (78) * (75) (76) (77) (78) 首先注意方程(75)(76)是齐次的欧拉方程,则 通解分别为 由条件(78)得 再由条件(77)得 因此, * (74) 通解为 由于方程(74)是非齐次的欧拉方程,则 (77) (78) 由条件(78)得 再由条件(77)得 故 * (73) 然后将 代入级数 则得定解问题(71)(72)的解为 化成直角坐标,则得 (71) (72) * (71) (72) 解法二 思路: 如果我们知道泊松方程的一个特解 则通过作函数变换 就可将泊松方程化成 拉普拉斯方程, 然后通过求解拉普拉斯方程的边值 问题来得到泊松方程的边值问题。 显然方程(71)有一个特解 令 则问题(71)(72)可化为 * 我们设这个拉普拉斯方程边值问题的解为 这个函数显然满足方程。 为了满足边界条件,则有 于是边值问题(71)(72)的解为 * 应用常数变易法求解二阶线性非齐次常微分方程 (*) 步骤: 1.先写出方程(*)所对应的齐次方程 的通解形式 此时 为任意常数。 2.假设非齐次方程(*)的通解形式为 (**) 将(**)式代入非齐次方程(*)可得 满足 * 对于如下泊松方程的边值问题而言: 补充 (P) (P1) 思路1 将问题(P)的解看成两部分, 令 和 分别满足 * (P1) (P2) 和 固有函数法 分离变量法(或试探法) 对于如下泊松方程的边值问题而言: 补充 (P) * (Q) 思路2 (1)找出此泊松方程的一个特解 令 (2)将泊松方程化成拉普拉斯方程 可用分离变量法或试探法求解问题(Q) 对于如下泊松方程的边值问题而言: 补充 (P) * 几种常见的固有函数系的形式 (1) (2) (3) (4) 以上几种形式对于一维振动方程、热传导方程和 矩形域上的泊松方程是适用的。 圆域上的泊松方程对应的固有函数系为 (5) 小结 * 固有函数法的解题步骤: 小结 1.将所考虑的定解问题的解按固有函数系展开 2.将非齐次方程中的自由项也按固有函数系展开 如果自由项已经含有固有函数的形式,可直接 进入下一步。 3.将步骤1、2中的形式代入非齐次方程中化简, 并比较待定系数得到一个常微分方程 4.利用初值条件

文档评论(0)

富贵礼包 + 关注
实名认证
内容提供者

该用户很懒,什么也没介绍

1亿VIP精品文档

相关文档