【精品完整版】用F-展开法求解广义KdV-mKdV方程
2013年度本科生毕业论文（设计）
用F-展开法求解广义KdV-mKdV方程
院－系：数学学院
专业：数学与应用数学
年级： 2009级
学生姓名：胡安平
学号： 200905050225
导师及职称：芮老师 (教授)
2013年5月
2013Annual Graduation Thesis (Project) of the College Undergraduate
The F-expansion method for solving the generalized KdV-mKdV equations Department: College of Mathematics
Major: Mathematics and Applied Mathematics
Grade: 2009
Student’s Name:Hu Anping
Student No.: 200905050225
Tutor: Rui (professor)
May, 2013
毕业论文（设计）原创性声明
本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。
作者签名：日期：
毕业论文（设计）授权使用说明
本论文（设计）作者完全了解红河学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。
作者签名：指导教师签名：
日期：日期：
胡安富毕业论文（设计）答辩委员会(答辩小组)成员名单
数理方程总结完整终极版
00 |()()t t u x u x t ?ψ===????=?? ?k z j y i x ?????+??+??= ?u u ?=grad 拉普拉斯算子：2222222 z y x ??+??+??=???=?2 2 22 2y u x u u ??+??=? 四种方法: 分离变量法、 行波法、 积分变换法、 格林函数法 定解问题： 初始条件.边界条件.其他 波动方程的初始条
波动方程的边界条件:
(3) 弹性支承端：在x=a端受到弹性系数为k 的弹簧的支承。 定解问题的分类和检验：(1) 初始 问题：只有初始条件，没有边界条 件的定解问题； (2) 边值问题：没有初始条件，只 有边界条件的定解问题； (3) 混合问题：既有初始条件，也 有边界条件的定解问题。 ?解的存在性：定解问题是 否有解； ?解的唯一性：是否只有一 解； ?解的稳定性：定解条件有 微小变动时，解是否有相应的微小变动。 分离变量法：基本思想：首先求出具有变量分离形式且满足边界条件的特解，然后由叠加原理作出这些解的线性组合，最后由其余的定解条件确定叠加系数。把偏微分方程化为常微分方程来处理，使问题简单化。适用范围：波动问题、热传导问题、稳定场问题等
分离变量法步骤：一有界弦的自由振动二有限长杆上的热传导三拉普拉斯方程的定解问题 常用本征方程齐次边界条件 2''0 (0)()0,/,1,2,sin k k X X X X l k l k X x λλββπβ+=?? ==? ====0,1,2,0,1,2,λ0,1,2,λ
非齐次方程的求解思路用分解原理得出对应的齐次问题。解出齐次问题。求出任意非齐次特解。叠加成非齐次解。 行波法：1.基本思想：先求出偏微分方程的通解，然后用定解条件确定特解。这一思想与常微分方程的解法是一样的。2.关键步骤：通过变量变换，将波动方程化为便于积分的齐次二阶偏微分方程。3.适用范围：无界域内波动方程，等…
北京大学数学物理方法(下)课件_12数学物理方程和定解条件(精)
12.4 边界条件与初始条件初始条件研究质点的性质时嬬单由微分方程嬬并不能求出质点性质随时间的变化孼即任何时刻质点的性质嬮例如嬬根据孎孥孷孴孯孮定律并不能确定质点的运动孼它在任意时刻的位置和速度嬬我们还需要知道质点的初始位置和初始速度嬮对于描述介质运动的偏微分方程嬬同样需要给出介质的初始状态嬬才能决定介质以后任意时刻的物理状态嬮介质的初始状态即由初始条件给出嬮对于波动方程嬬它是关于时间的二阶偏微分方程嬬所以应该给出介质初始时刻各点的位移 u|t=0 嬽φ嬨x, y, z 嬩和初始时刻各点的速度嬬即对时间的一阶偏导数?u ?t 嬽ψ 嬨x, y, z 嬩 t=0 对于热传导方程嬬由于方程中只出现对 t 的一阶偏导数嬬所以初始条件只需给出初始时刻各点温度 u嬨x, y, z 嬩的值 u|t=0 嬽φ嬨x, y, z 嬩稳定问题与时间无关嬬则没有初始条件嬮边界条件对于介质嬬情况比质点还要复杂嬺除了初始条件嬬还需要有边界条件嬮这是因为介质有内部和表面嬮在推导介质满足的数理方程时嬬只考虑了介质内部的点嬮介质表面的点与介质内部的点不同嬺首先嬬它只在一侧与介质内其它点相互作用嬻其次嬬在另一侧与外界有相互作用嬮因此介质表面所满足的方程与介质内部所满足的方程不同嬬应另外推导嬮我们把介质表面各点满足的方程称为边界条
件嬮先以一维振动为例嬬其边界由两端点组成嬮 Example 12.4 Solution 弦的横振动如果弦的两端嬨由外界嬩固定嬬那么边界条件就是 u|x=0 嬽嬰 u|x=l 嬽嬰Example 12.5 Solution 杆的纵振动如果 x 嬽嬰端固定嬬而另一端 x 嬽 l 受嬨x 方向的嬩外力作用嬬设单位面积上的力是 F 嬨t嬩 P 嬨l ? 孤x嬩S O l ? 孤x u|x=0 嬽嬰 l F 嬨t嬩S x 嬽嬰端边界条件仍是嬨嬱嬳嬩 x 嬽 l 这一端的边界条件并不能直接看出嬮模仿推导方程的方法嬬在端点 x 嬽 l 处截取一小段杆嬬长度为孤x嬮根据孎孥孷孴孯孮定律?2u ?2u F 嬨t嬩S ? P 嬨l ? 孤x, t嬩S 嬽孤m 2 嬽ρS 孤x 2 ?t ?t 因为孤x → 嬰 F 嬨t嬩嬽 P 嬨l, t嬩嬶 根据孈孯孯孫孥定律 P 嬽E 所以?u ?x 如果 x 嬽 l 端是自由的嬬 F 嬨t嬩嬽嬰嬬则?u ?x 如果外力为弹簧提供的弹性力嬬 F 嬨t嬩嬽?k 孛u嬨l, t嬩? u0 孝u0 为端点的平衡位移嬬则?u k 嬫u ?x E 再举一个三维例子嬬其边界为一闭合曲面嬮 Example 12.6 Solution 热传导问题嬽x=l ?u ?x 嬱 F 嬨t嬩 E 嬨嬱嬴嬩嬽 x=l 嬽嬰 x=l 嬨嬱嬵嬩 k u0 E 嬨嬱嬶嬩第一种类型是边界上各点的温度已知嬨由外界给定嬩u|Σ 嬽φ嬨嬆, t嬩嬨嬱嬷嬩这里嬬我们用嬆表示边界上的各点嬬同时也表示相应点的坐标嬮第二种类型是介质与外界通过表面嬨边界嬩有热量的交换嬬单位时间内嬬通过单位面积的边界面流入的热量已知嬬为ψ 嬨嬆, t嬩嬬由外界给定?qn |Σ 嬽ψ 嬨嬆, t嬩 n 为表面的法向嬬负号表示方向与法向相反嬮qn Σ? n ?qn Σ 嬆?嬆这时嬬我们可在边界嬆的内侧截取一小薄层的介质嬬它的另一个底面在介质内部嬬其上的点用嬆?表示嬮当介质薄层的厚度d → 嬰时嬬则两底面的面积相等嬬而侧面面积可忽略嬮所以流入介质薄层的热量为两底面流入热量之和嬮根据能量守恒定律嬬应该等于这一块介质薄层温度升高所需要的热量嬮假设薄层的底面积为单位面积qn |Σ? ? qn |Σ 嬽热容量 ×温度升高但介质薄层的厚度→ 嬰时嬬显然其热容量→ 嬰嬬所以qn |Σ? ? qn |Σ 嬽嬰嬷 即通过介质表面流入的热量嬬应当全部通过薄层的另一底面流向介质内部嬮由孆孯孵孲孩孥孲定律嬬热流密度矢量 q 嬽?k ? u 而 qn 嬽 q · n 嬽?k n ·嬨?u 嬩嬽?k 其中法向导数定义为? ≡n·? ?n 所以?k ?k 嬆?→ 嬆嬬故?u ?n 如果边界
数理方程定解问题
数理方程定解问题： 1、数理方程的分类 反应热传导的方程类型为： u t=D?u+f 其中?=e2 ex2+e2 ey2 +e2 ez2 ，u t=eu et ，未知数u表示温度特征，D表示热传导系数，f是与 源有关的已知函数，当f=0的时候，相应的方程被称为齐次方程。 2、用数理方程研究物理问题的步骤 用数理方程研究物理问题一般需经历以下三个步骤 （1）导出或写出定解问题，它包括数理方程和定解条件两部分 （2）求解已导出或写出的定解问题 （3）对求得的答案讨论其适定性（即解是否存在、唯一且稳定）并作适当的物理解释 3、求解数理方程的方法 求解数理方程的方法大致可归纳为如下几种 （1）行波法（d’Alembert解法） （2）分离变量法 （3）积分变换法 （4）Green函数法 （5）保角变换法 （6）复变函数法 （7）变分法 定解条件 定解条件是确定数理方程解中所含的任意函数或常数，使解具有唯一性的充分必要条件。它分为初始条件和边界条件两种。若所研究的系统是由几种不同介质组成的，则在两种介质的交面上定解条件还应当有衔接条件。 1、初始条件 （1）定义初始条件是物理过程初始状况的数学表达式 （2）初始条件的个数关于时间t的n阶偏微分方程，要给出n个初始条件才能确定一个特解。热传导方程仅需给出一个初始条件 u x，y，z；t|t=0=φ(x，y，z) 2、边界条件 （1）定义物理过程边界状况的数学表达式称为边界条件。 （2）边界条件的种类和个数边界条件分为三类。设f(M，t)为任一已知函数，M为边界上的点，则三类边界条件分别为： 1 第一类边界条件u| 边 =f(M,t) 2 第二类边界条件eu en | 边 =f(M,t) 3 第三类边界条件[u+heu en ] 边 =f(M,t)
定解问题讲解
Mathematical Methods for Physics
第二篇数学物理方程Mathematical Equations for Physics 要想探索自然界的奥秘就得解微分方程。 －牛顿
中心：将物理问题翻译成数学语言 目的:1、如何用数理方程研究物理问题 2、如何导出方程 3、能正确写出定解问题 § 6.1 引言 Introduction 第六章 定解问题 Mathematical Problem
1、数学物理方程概念： 数学物理方程是指从物理、工程问题中， 导出的反映客观物理量在各个地点、时刻之间相互制约关系的一些偏微分方程。 数学物理方程 ? 线性方程 ? ? 非线性方程 一、数理方程简介： § 6.1 引言
一、数理方程简介§ 6.1 引言 tt u =a2?u +f u t =D?u +f 2、数理方程的产生和发展： (1)十八世纪初期 (2)十九世纪中期三类数学物理方程： 波动方程 u -波动，a-波速，f-与源有关的函数 输运方程 u －浓度，D-系数，f -与源有关的已知量 泊松方程 h-与源有关的已知量，u-表示稳定物理量 +f xx 2 Taylor ：u tt =a u ?u =-h
一、数理方程简介：§ 6.1 引言 a u 2、数理方程的产生和发展： (3)十九世纪末到二十世纪初 高阶方程（梁的横振动）： u tt = 2 xxxx f ( x, t ) 非线性方程 KdV：u t +σuu x +u xxx = 0 ?ψh2 schro&-dinger：i h ?t =-Δψ 2μ +U(r)ψ +