武大数学物理方法期末考试试题-2008

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08级数学物理方法习题

3
（2） x
（3） xPm ( x )
2、将下列函数在 0 ≤ θ ≤ π ，0 ≤ ϕ ≤ 2π 上展开为 Ylm (θ ,ϕ ) 为基的广义傅里叶级数（1） 3 sin （4）
2
θ sin 2 ϕ − 1
（2） sin
2
θ sin 2 ϕ
（3） (1 + 3 cos θ ) sin θ sin ϕ
分解成三个独立的常微分方程。 2、利用分离变量法将柱坐标系下拉普拉斯方程
1 ∂ ⎛ ∂u ⎞ 1 ∂ 2u ∂ 2u + 2 =0 ⎜ρ ⎟ 2 ⎟+ 2 ∂z ρ ∂ρ ⎜ ⎝ ∂ρ ⎠ ρ ∂ϕ
分解成三个独立的常微分方程。 3、利用分离变量法将球坐标系下亥姆赫兹方程
1 ∂ ⎛ 2 ∂u ⎞ 1 1 ∂ 2u ∂ ⎛ ∂u ⎞ θ + k 2u = 0 + + Байду номын сангаасin r ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ∂θ ⎠ r 2 sin 2 θ ∂ϕ 2 r 2 ∂r ⎝ ∂r ⎠ r 2 sin θ ∂θ ⎝
其中： Ω = {( x, y , z ) − ∞ < x, y < +∞,0 < z < H } 5): 二维带状区域上 Laplace 方程 Green 函数：
∇ 2G ( x, y;ξ ,η ) = −δ ( x − ξ , y − η ), ( x, y ) ∈ D, (ξ ,η ) ∈ D
边界条件确定系数 A 和 B 。 4): 三维带状区域上 Laplace 方程 Green 函数：
∇ 2G ( x, y, z; ξ ,η , ζ ) = −δ ( x − ξ , y − η , z − ς ), ( x, y, z ) ∈ Ω, (ξ ,η , ζ ) ∈ Ω

武汉大学2008-2009学年第二学期考试试卷及答案

武汉大学2008-2009学年第二学期考试试卷《计算方法》（A 卷）（36学时用）学院：学号：姓名：得分：一、（10分）已知)(x f y =的三个值（1）求二次拉格朗日插值 L )(2x ；（2）写出余项)(2x R 。

二、（10分）给定求积公式)31()31()(11f f dx x f +-≈⎰-求出其代数精度，并问是否是Gauss 型公式。

三、（10分）若矩阵⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=a a a a A 000002，说明对任意实数0≠a ，方程组b AX =都是非病态的（范数用∞⋅）。

四、（12分）已知方程0410=-+x e x 在]4.0,0[内有唯一根。

迭代格式A ：)104ln(1n n x x -=+；迭代格式B ：)4(1011n x n e x -=+ 试分析这两个迭代格式的收敛性。

五、（12分）设方程组⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛212122211211b b x x a aa a ，其中02211≠a a ，分别写出Jacob 及Gauss-Seidel 迭代格式，并证明这两种迭代格式同时收敛或同时发散。

六、（12分）已知)(x f y =的一组值分别用复化梯形公式和复化辛卜生公式计算 ⎰2.20.1)(dx x f七、（12分）2009年5月左右，北美爆发甲型H1N1流感，美国疾病控制和预防中心发布的美国感染者人数见下表。

为使计算简单，分别用x =-1，0，1，2代表2009年5月2，3，4，5日。

根据上面数据，求一条形如bx ax y +=2的最小二乘拟合曲线。

八、（12分）用改进欧拉方法（也称预估-校正法）求解方程：⎩⎨⎧=+='1)0(2y y x y ]1,0[∈x 。

（取步长5.0=h ）九、（10分）对于给定的常数c ，为进行开方运算，需要求方程02=-c x 的根。

（1）写出解此方程的牛顿迭代格式；（2）证明对任意初值c x >0, 牛顿迭代序列}{n x 单调减且收敛于c .。

武汉大学数学物理方法考试习题

n n xm xm n 本征值：km , m 1,2, Rm (k ) J n ( ), m 1,2, a a
Wuhan University
三、S-L本征值问题
2、 S-L本征值问题的性质：
16.1 S-L问题
(2) m 0, m 1,2,
(3)
n (k m ) 2 0 如：
x 2 y xy [k 2 x 2
d dy m2 [(1 x 2 ) ] y l (l 1) y 0 2 dx dx 1 x d dy n 2 2 [( x ] y k 2 xy 0 n ]y 0 dx dx x
d dy [k ( x) ] q( x) y ( x) y 0, a x b (1) dx dx

b
a
( x) ym ( x) yn ( x)dx N
a
2 n mn
(见附2）
a2 2 n J n1 (kln a) ml 如： J n (km )J n (kln )d 0 2 1 b (4) f ( x) cm ym ( x) cm 2 a ( x) f ( x) ym ( x)dx Nm m 1
Wuhan University
第十六章斯－刘问题
问题的引入：
d 2 dy (1 x ) y 2 xy l (l 1) y 0 [(1 x ) ] l (l 1) y 0 dx dx
2
m2 (1 x 2 ) y 2 xy [l (l 1) ]y 0 2 1 x
）解： 1 k ( x) 1, k (0) k (l ) 1, , q( x) 0, ( x) 1;

数学物理方法期末考试试题

数学物理方法期末考试试题# 数学物理方法期末考试试题## 第一部分：选择题（每题2分，共20分）1. 以下哪个不是数学物理中的常用方法？A. 傅里叶变换B. 拉普拉斯变换C. 泰勒级数展开D. 牛顿迭代法2. 求解偏微分方程时，分离变量法的基本思想是什么？A. 将偏微分方程转化为常微分方程B. 将偏微分方程分解为几个独立的方程C. 将偏微分方程转化为线性方程D. 将偏微分方程转化为积分方程3. 在数学物理中，格林函数通常用于解决什么问题？A. 线性代数问题B. 非线性偏微分方程C. 边界值问题D. 初始值问题4. 以下哪个是求解波动方程的典型方法？A. 特征线法B. 有限差分法C. 有限元法D. 蒙特卡洛方法5. 拉普拉斯方程在数学物理中通常描述了什么类型的物理现象？A. 波动现象B. 热传导现象C. 流体动力学问题D. 电磁场问题## 第二部分：简答题（每题10分，共30分）6. 简述傅里叶变换在数学物理中的应用。

7. 解释什么是边界层理论，并说明它在流体力学中的重要性。

8. 描述格林函数在求解偏微分方程中的作用。

## 第三部分：计算题（每题25分，共50分）9. 给定函数 \( f(x) = x^2 - 4x + 3 \)，使用泰勒级数展开在\( x = 1 \) 处展开 \( f(x) \) 并求出展开式。

10. 考虑一个无限长直导体，在 \( x \) 轴上，导体的电势 \( V(x) \) 满足泊松方程 \( \nabla^2 V = -\rho/\varepsilon_0 \)，其中\( \rho \) 是电荷密度，\( \varepsilon_0 \) 是真空电容率。

假设\( \rho \) 是常数，求解 \( V(x) \)。

## 第四部分：论述题（共30分）11. 论述数学物理方法在解决实际物理问题中的应用，并给出至少两个具体的例子。

请注意，以上内容仅为示例，实际的数学物理方法期末考试试题可能会包含不同的问题和要求。

(完整word版)武大数学物理方法期末考试试题-

2008年数学物理方法期末试卷一、求解下列各题（10分*4=40分）1．长为l 的均匀杆，其侧表面绝热，沿杆长方向有温差，杆的一段温度为零，另一端有热量流入，其热流密度为t 2sin 。

设开始时杆内温度沿杆长方向呈2x 分布，写出该杆的热传导问题的定解问题。

2．利用达朗贝尔公式求解一维无界波动问题⎪⎩⎪⎨⎧=-=>+∞<<-∞=-==2||)0,(0400t t t xx tt u x u t x u u 并画出t=2时的波形。

3．定解问题⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≤≤==∞<<==<<<<=+====)0(0,sin )0( 0 ,)0 ,0( ,000a x u x B u y u ay u b y a x u u b y y a x x yy xx ，若要使边界条件齐次化，，求其辅助函数，并写出相应的定解问题4．计算积分⎰-+=111)()(dx x P x xP I l l二、（本题15分）用分离变量法求解定解问题 ⎪⎩⎪⎨⎧+===><<=-===xx u u u t x u a u t x x x xx t 3sin 4sin 20 ,0)0,0( 0002ππ三、（本题15分）设有一单位球壳，其球壳的电位分布12cos |1+==θr u ，求球内、外的电位分布四、（本题15分）计算和证明下列各题1．)(0ax J dxd 2．C x x xJ x x xJ xdx x J +-=⎰cos )(sin )(sin )(100五、（本题15分）圆柱形空腔内电磁振荡满足如下定解问题⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===<<<<=+=∆===000),(0,00),(0),(0l z z z z a u u z u l z a z u z u ρρρρλρ 其中2)(cωλ=，为光速为电磁震荡，c ω。

（1）若令)()(),(z Z R z u ρρ=，写出分离变量后关于)()(z Z R 和ρ满足的方程；（2）关于)()(z Z R 和ρ的本征值问题，写出本征值和本征函数；（3）证明该电磁振荡的固有频率为,3,2,1;,2,1,0 ,)()(220==+=m n l n a x c m mnπω 其中0m x 为零阶Bessel 函数的零点。

数学物理方法期末考试卷与解答

《数学物理方法》试卷（A 卷）参考答案姓名: 学号:题号一二三四五六七八总分得分注：本试卷共一页，共八大题。

答案请做在答题纸上，交卷时，将试题纸与答题纸填好姓名与学号，必须同时交齐，否则考卷作废！可能用到的公式:1). (2l +1)xP l (x )=lP l −1(x )+(l +1)P l+1(x ), 2). P 0(x )=1, P 1(x )=x ；3))(~)]([00k k f x f eF xik −=;4))]([1])([x f F ikd f F x=∫∞−ξξ; 5).])1(1[2sin )(I 333n ln l xdx l n x l x −−=−=∫ππ一、简答下列各题。

（12分，每题6分）1. 试在复平面上画出3)arg(0π<−<i z ，4Re 2<<z 点集的区域。

解：如图阴影部分为所求区域（6分）2. 填空题：函数3)2)(1()(i z z z f +−=是单值的还是多值的？多值的（1分）；若是多值，是几值？3值（2分）；其支点是什么？1，-2i ，∞（3分）。

二、 (9分) 试指出函数3sin )(zzz z f −=的奇点(含ㆀ点)属于哪一类奇点？解：22112033)12()1(])12()1([1sin )(−∞=+∞=∑∑+−=+−−=−=n n nn n n n n n z n z z z z z z f （3分） z=0为f (z )的可去奇点；（3分）z=∞为f (z )的本性奇点；（3分）三、 (9分) 已知解析函数f (z ) = u (x ,y ) + iv (x ,y )的虚部v (x,y ) = cos x sh y ，求f (z )= ? 解：由C-R 条件x y x v yy x u y y x v x y x u ∂∂−=∂∂∂∂=∂∂),(),(,),(),( （3分）得 u x (x,y ) = v y (x,y ) = cos x ch y u y (x,y ) = −v x (x,y ) = sin x sh y （3分）高数帮帮数帮高数帮高f (z ) = f (x +iy ) = u (x ,y ) + iv (x ,y ) = sin x ch y +i cos x sh y + c上式中令 x=z, y=0，则 f (z ) = f (z+i0) = sinz + c （3分）四、 (10分) 求积分dz z e I Lz∫−=6)1(其中曲线L 为(a)圆周21=z ；(b)圆周2=z 解：(a) 6)1()(−=z e z f z 在圆周21=z 内解析，I = 0；（5分） (b) 在圆周2=z 内有一奇点，I = 2πiRes f (1)= 2π i !52)1()1()!16(166551lim e i z e z dx d z z π=−−−→（5分）五、 (10分) 计算拉普拉斯变换?]2sin [=t t L （提示：要求书写计算过程）解：已知 42]2[sin ,][sin 222+=+=p t L p t L 也即ωωω（2分）由象函数微分定理)3(4)(4p4)(4p ]2sin []2sin )[()2(4)(4p )42(]2sin )[()3(,)()1()]()[(2222222分分分+=+−−=−=−∴+−=+=−−=−p p t t L t t L p p dp d t t L p f dp d t f t L nnnn六、 (15分) 将f (x )= (35/8)x 4 + 5x 3−(30/8)x 2 +(10/3)x +1展开为以{ P l (x ) }基的广义付里叶级数。

2007—2008第一学期《高等数学B》期末考试试题及答案

武汉大学数学与统计学院2007—2008第一学期《高等数学B 》期末考试试题（180学时）一、（87'⨯）试解下列各题：1、计算lim n →∞-2、计算0ln(1)limcos 1x x x x →+--3、计算arctan d x x x ⎰4、计算4x ⎰5、计算d xxe x +∞-⎰6、设曲线方程为sin cos 2x t y t=⎧⎨=⎩，求此曲线在点4t π=处的切线方程。

7、已知2200d cos d yx te t t t =⎰⎰，求xy d d8、设11x y x-=+，求()n y二、（15分）已知函数32(1)xy x =-求：1、函数)(x f 的单调增加、单调减少区间，极大、极小值；2、函数图形的凸性区间、拐点、渐近线。

三、（10分）设()g x 是[1,2]上的连续函数，0()()d x f x g t t =⎰1、用定义证明()f x 在(1,2)内可导；2、证明()f x 在1x =处右连续；四、（10分）1、设平面图形A 由抛物线2y x = ，直线8x =及x 轴所围成，求平面图形A 绕x轴旋转一周所形成的立体体积；2、在抛物线2(08)y x x =≤≤上求一点，使得过此点所作切线与直线8x =及x 轴所围图形面积最大。

五、（9分）当0x ≥，对()f x 在[0,]b 上应用拉格朗日中值定理有： ()(0)()(0,f b f f b b ξξ'-=∈ 对于函数()arcsin f x x =，求极限0lim b bξ→武汉大学数学与统计学院 B 卷2007—2008第一学期《高等数学B 》期末考试试题一、（86'⨯）试解下列各题：1、计算3arctan limln(12)x x x x →-+ 2、计算12ln(1)d (2)x x x +-⎰3、计算积分：21arctanx d xx +∞⎰4、已知两曲线()y f x =与1x y xy e ++=所确定，在点(0,0)处的切线相同，写出此切线方程，并求极限2lim ()n nf n→∞5、设，2221cos cos tx t uduy t t ⎧=⎪⎨=-⎪⎩⎰，试求：d d y x，22d |d t y x的值。

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2008年数学物理方法期末试卷
一、求解下列各题（10分*4=40分）
1．长为l 的均匀杆，其侧表面绝热，沿杆长方向有温差，杆的一段温度为零，另一端有热量流入，其热流密度为t 2sin 。

设开始时杆内温度沿杆长方向呈2
x 分布，写出该杆的热传导问题的定解问题。

2．利用达朗贝尔公式求解一维无界波动问题 ⎪⎩⎪⎨⎧=-=>+∞<<-∞=-==2||)0,(040
0t t t xx tt u x u t x u u 并画出t=2时的波形。

3．定解问题⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≤≤==∞<<==<<<<=+====)0(
0,sin )0( 0 ,)0 ,0( ,000a x u x B u y u ay u b y a x u u b y y a x x yy xx ，若要使边界条件齐次化，，求其辅助函数，并写出相应的定解问题
4．计算积分⎰-+=1
11)()(dx x P x xP I l l
二、（本题15分）用分离变量法求解定解问题
⎪⎩⎪⎨⎧+===><<=-===x
x u u u t x u a u t x x x xx t 3sin 4sin 20 ,0)0,0( 0002ππ
三、（本题15分）设有一单位球壳，其球壳的电位分布12cos |1+==θr u ，求球内、外的电位分布
四、（本题15分）计算和证明下列各题
1．)(0ax J dx
d 2．C x x xJ x x xJ xdx x J +-=⎰
cos )(sin )(sin )(100
五、（本题15分）圆柱形空腔内电磁振荡满足如下定解问题
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===<<<<=+=∆===0
00),(0,00),(0),(0l z z z z a u u z u l z a z u z u ρρρρλρ 其中2)(c ω
λ=，为光速为电磁震荡，
c ω。

（1）若令)()(),(z Z R z u ρρ=，写出分离变量后关于)()(z Z R 和ρ满足的方程；
（2）关于)()(z Z R 和ρ的本征值问题，写出本征值和本征函数；
（3）证明该电磁振荡的固有频率为
,3,2,1;,2,1,0 ,)()(220==+=m n l
n a x c m mn πω 其中0m x 为零阶Bessel 函数的零点。

参考公式
（1）柱坐标中Laplace 算符的表达式
（2） Legendre 多项式
（3） Legendre 多项式的递推公式
（4） Legendre 多项式的正交关系
（5）整数阶Bessel 函数
（6） Bessel 函数的递推关系。