7-2定解条件
数学物理方程_定解问题
根据边界条件确定任意函数 f：
令 故
规定，当
时
4、定解问题是一个整体
达朗贝尔公式的求解过程，与大家熟知的常 微分方程的求结果成完全类似。
但遗憾的是，绝大多数偏微分方程很难求出 通解；即是求出通解，用定解条件确定其中待 定函数往往更为困难。这说明，达朗贝尔公式 不适用于普遍的数学物理定解问题的求解？
（7.1.8）
称式（7.1.8）为弦的自由振动方程。
(2) 如果在弦的单位长度上还有横向外力 作用，则式(7.1.8)应该改写为
(7.1.9)
式中
称为力密度，为 时刻作用于
处单位质量上的横向外力
式（7.1.9）称为弦的受迫振动方程.
2、 均匀杆的纵振动
一根杆，只要其中任一小段做纵向移动，必然使 它的邻段压缩或伸长，这邻段的压缩或伸长又使 它自己的邻段压缩或伸长。这样，任一小段的纵 振动必然传播到整个杆,这种振动的传播是纵波.
泊松方程和拉普拉斯方程的定解条件不包含初始条件, 而只有边界条件. 边界条件分为三类:
1、在边界上直接给定未知函数 , 即为第一类边界条件．
2、在边界上给定未知函数导数的值,即为第二类边界条件．
3、在边界上给定未知函数和它的导数的某种线性组合, 即第三类边界条件.
第一、二、三类边界条件可以统一地写成
第二类边界条件 规定了所研究的物理量在边界外法线方向上方向导数 的数值
u n
x0 , y0 ,z0
f (x0, y0, z0,t)
（7.2.3）
第三类边界条件 规定了所研究的物理量及其外法向导数的线性组合在 边界上的数值
（7.2.4）
其中 是时间 的已知函数， 为常系数．
7.2.2 泊松方程和拉普拉斯方程的定解条件
高中数学7-1条件概率与全概率公式7-1-2全概率公式新人教A版选择性必修第三册
＝P(APi)P(B(B) |Ai)＝
P(Ai)P(B|Ai)
n
，i＝1，2，…，n.
P(Ak)P(B|Ak)
k＝1
(2)在贝叶斯公式中，P(Ai)和 P(Ai |B)分别称为原因的先验概率和后验 概率．
【预习自测】
全概率公式与贝叶斯公式的联系与区别是什么？ 提示：两者的最大不同在处理的对象不同，其中全概率公式用来计 算复杂事件的概率，而贝叶斯公式是用来计算简单条件下发生的复杂事 件，也就是说，全概率公式是计算普通概率的，贝叶斯公式是用来计算 条件概率的．
由全概率公式，得
P(A)＝P(A|B1)P(B1)＋P(A|B2)P(B2)＋P(A|B3)·P(B3)＝13×15＋14×12＋112 ×130＝1630.
(2)所求概率为 P(B2|A)，由贝叶斯公式，得 P(B2|A)＝P(A|PB(2A)P) (B2)＝141×321＝2165.
60
P(Ai)(i＝1，2，…，n)是在没有进一步信息(不知道事件B是否发生) 的情况下，人们对诸事件发生可能性大小的认识．当有了新的信息(知 道B发生)，人们对诸事件发生可能性大小P(Ai|B)有了新的估计．贝叶斯 公式从数量上刻画了这种变化．
3．(题型2)李老师一家要外出游玩几天，家里有一盆花交给邻居帮 忙照顾，如果这几天内邻居记得浇水，那么花存活的概率为0.8，如果这 几天邻居忘记浇水，那么花存活的概率为0.3.假设李老师对邻居不了解， 即可以认为邻居记得和忘记浇水的概率均为0.5，几天后李老师回来发现 花还活着，则邻居记得浇水的概率为________.
【答案】181
【解析】设 B 表示“邻居记得浇水”，－B 表示“邻居忘记浇水”，A 表示“花还活着”，由贝叶斯公式，得 P(B|A)＝P(B)P(AP|B(B)＋)PP(A(－|BB))P(A|－B ) ＝0.5×00..58×＋00..85×0.3＝181.
中考数学复习：专题7-2 中考折叠问题的归类解析
专题02 中考折叠问题的归类解析【专题综述】折叠问题在近年来各地的中考试卷中频频出现，解决这一类问题主要抓住两点：折叠前后重合的角相等，重合的边也相等．【方法解读】一、折叠与平行例1：如图，在四边形ABCD中，∠A＝100°，∠C＝70°.将△BMN沿MN翻折，得△FMN，若MF∥AD，FN∥DC，则∠B＝___．【来源】2013-2014学年江苏省宜兴市和桥学区七年级下学期期中考试数学试卷（带解析）【答案】95°在△BMN中，∠B=180°-（∠BMN+∠BNM）=180°-（50°+35°）=180°-85°=95°．考点：1．平行线的性质；2．三角形内角和定理；3．翻折变换（折叠问题）．【解读】根据两直线平行，同位角相等求出∠BMF，∠BNF，再根据翻折的性质求出∠BMN和∠BNM，然后利用三角形的内角和定理列式计算即可得解．【举一反三】如图，将平行四边形ABCD沿对角线BD进行折叠，折叠后点C落在点F处，DF交AB于点E．（1）求证：EDB EBD∠=∠；（2）判断AF与BD是否平行，并说明理由．【来源】2015中考真题分项汇编第1期专题4 图形的变换【答案】【解析】试题解析：（1）由折叠可知：∠CDB =∠EDB∵四边形ABCD是平行四边形∴DC∥AB∴∠CDB =∠EBD∴∠EDB=∠EBD(2) ∵∠EDB=∠EBD∴DE=BE由折叠可知：DC=DF∵四边形ABCD是平行四边形∴DC=AB∴AE=EF∴∠EAF=∠EFA△BED中, ∠EDB+∠EBD+∠DEB=180°即2∠EDB+∠DEB=180°同理△AEF中，2∠EFA+∠AEF=180°∵∠DEB=∠AEF∴∠EDB= ∠EFA∴AF∥BD考点：折叠变换，平行四边形的性质，等腰三角形的性质与判定，三角形的内角和二、折叠与全等例2：如图，在□ABCD中，点E，F分别在边DC，AB上，DE=BF，把平行四边形沿直线EF折叠，使得点B，C分别落在点B′，C′处，线段EC′与线段AF交于点G，连接DG，B′G。
机械原理第七版西北工业大学课后习题答案(7-11章)
机械原理第7章课后习题参考答案7—1等效转动惯量和等效力矩各自的等效条件是什么?7—2在什么情况下机械才会作周期性速度波动?速度波动有何危害?如何调节?答: 当作用在机械上的驱动力（力矩)周期性变化时，机械的速度会周期性波动。
机械的速度波动不仅影响机械的工作质量，而且会影响机械的效率和寿命。
调节周期性速度波动的方法是在机械中安装一个具有很大转动惯量的飞轮。
7—3飞轮为什么可以调速?能否利用飞轮来调节非周期性速度波动，为什么?答： 飞轮可以凋速的原因是飞轮具有很大的转动惯量，因而要使其转速发生变化．就需要较大的能量，当机械出现盈功时，飞轮轴的角速度只作微小上升，即可将多余的能量吸收储存起来；而当机械出现亏功时，机械运转速度减慢．飞轮又可将其储存的能量释放，以弥补能最的不足，而其角速度只作小幅度的下降。
非周期性速度波动的原因是作用在机械上的驱动力(力矩)和阻力(力矩)的变化是非周期性的。
当长时问内驱动力(力矩)和阻力(力矩)做功不相等，机械就会越转越快或越转越慢．而安装飞轮并不能改变驱动力(力矩)或阻力(力矩)的大小也就不能改变驱动功与阻力功不相等的状况，起不到调速的作用，所以不能利用飞轮来调节非周期陛速度波动。
7—4为什么说在锻压设备等中安装飞轮可以起到节能的作用?解： 因为安装飞轮后，飞轮起到一个能量储存器的作用，它可以用动能的形式把能量储存或释放出来。
对于锻压机械来说，在一个工作周期中，工作时间很短．而峰值载荷很大。
安装飞轮后．可以利用飞轮在机械非工作时间所储存能量来帮助克服其尖峰载荷，从而可以选用较小功率的原动机来拖动，达到节能的目的，因此可以说安装飞轮能起到节能的作用。
7—5由式J F =△W max ／(ωm 2 [δ])，你能总结出哪些重要结论(希望能作较全面的分析)?答：①当△W max 与ωm 一定时，若[δ]下降，则J F 增加。
所以，过分追求机械运转速度的均匀性，将会使飞轮过于笨重。
第七章 定解问题
第二类边界条件，规定了所研究的物理量在边界外法线方向上方向导数的数值，在与时间有关的问题中一般也是时间的函数，
这也就是对边界上的物理量在任一时间对空间变量偏导数的数值作了规定。在一维有界空间问题中，
，
在第二类边界条件问题中要注意导数的物理涵义。在细杆的纵向振动问题中 ，相对伸长 与力T联系在一起，在输运问题中 或 ，分量形式 ，偏导数 、 、 与热流 、 、 联系在一起，“”号表示热流动的方向沿 减小的方向，即热流从高温流向低温。
一、初始条件
对于随着时间而发展变化的问题，必须虑到研究对象的特定“历史”，就是说，追溯到早先某个所谓“初始”时刻的状态，即初始条件。
对于输运过程(扩散、热传导)，初始状态指的是所研究的物理量的初始分布(初始浓度分布、初始温度分布)，因此，初始条件是t=0时，u的值，即
其中 是巳知函数。
但对于振动过程(弦、杆、膜的振动，较高频率交变电流沿输线传播声振动和声波，电磁波)，只给出初始“位移”
，
假设小体积 内没有源或汇（其他物质转化为这种物质称之为源，这种物质转化为其他物质称之为汇），质量 流入小体积 内，必然导致这种物质的浓度度发生变化，单位时间内浓度的变化为 ，根据质量守恒定律：
（假设D为常数）
如果在物体内部存在源，源的强度(单位时间内在单位体积中产生物质的量)为 ，单位时间内 内净增加的量为
最后，谈一谈“没有初始条件的问题”，没有外源，只是由于初始时刻的不均匀分布引起的输运叫作自由输运，在自由输运过程中，不均匀的分布逐渐均匀化，随着分布的逐渐均匀化，输运过程也步衰减，因此，一定时间以后，自由输运就衰减到可认为巳消失，没有外加力，只是由于初始偏离或初始速度引起的振动叫作自由振动，上节推导自由振动方程时没有计及阻尼作用(该节习题3要求计及阻尼作用)，而实际一阻尼是不可避免的，自由振动不可避免逐渐衰减，因此，一定时间以后自由振动就衰减到可以认为巳消失，这样，在周期性外源引起的输运问题或周期性外力作用下的振动问题中，经很多周期之后，初始条件引起的自由输运或性外源或外力所引起，处理这类问题时，我们完全可以忽略初始条件的影响，这类问题也就叫作没有初始条件的影响。
7-2动量矩定理解析
O
v A vB
vA
A B
vB
设绳子移动的速率为u
v A u1 u v B u2 u
u (u1 u2 ) / 2
解
动量矩守恒
dLA (e) MA dt (e) MA 0
LA C
当外力系对某固定点的主矩等于零时，质系对于该 点的动量矩保持不变。
7.2 动量矩定理
质系的动量矩
质系中各质点对点O（矩心）的动量矩的矢量和 称为质系对点O的动量矩，也称角动量 （Angular Momentum）
LO ri mi vi
i
动量矩是一个向量，它与矩心O的选择有关。
例1
质量均为m的两小球C和D用长为2l的无质量刚性杆连 接，并以其中点固定在铅垂轴AB上，杆与AB轴之间的 夹角为 ，轴AB转动角速度为 ，角加速度为 ，A、 B轴承间的距离为h，求系统对O点的动量矩。
m l ( cos 2 sin ) X A 2 m l ( sin 2 cos ) YB mg 2 1 ml 2 Y l sin X l cos B A 12 2 2
(a) (b) (c)
3 g 将式(a)和(b)代入(c)： sin 2l d d 3g 2 d dt (1 cos ) l X A 3 mg sin (3cos 2) 4
dLCz (e) M Cz dt
(e) M Cz 0
LCz const
当外力系对质心平动系某轴的合力矩等于零时， 质系对于该轴的动量矩保持不变。
实例分析
花样滑冰：起旋、加速
实例分析
卫星姿态控制：动量矩交换
数学物理方法课件：7-数学物理定解问题
x
T (ux |xdx ux |x ) (dx)utt 因 dx很小
T
ux
xdx ux dx
x
utt
utt Tu xx (7.1.5)
5
utt Tu xx (7.1.5)
因为B段是任选的，所以方程（7.1.5）适用于弦上各处， 是弦做微小横振动的运动方程，简称弦振动方程。
记
T a2
(a 0)
响 ➢ 将这种影响用数学关系式表达出来，并简化
整理数学物理方程
2
（一）均匀弦的微小横振动
有一个完全柔软的均匀弦，沿水平直线绷紧，而后以某 种方法激发，使弦在同一个平面上作小振动．列出弦的 横振动方程。
假定：
➢弦是理想柔软的横截面方向无应力，张力沿弦切线
➢弦的质量线密度为；
➢静止时弦位于x 轴，横向振动时各点的位移为 u(x,t); ➢弦没有纵向振动，横向振幅是微小的； ➢张力 T>>重力 mg。
x x+dx x A u Bu+du C
t 时刻杆伸长 u(x dx,t) u(x,t)
相对伸长量 u(x dx,t) u(x,t) u(x,t) 随x而异
dx
x
由胡克（Hooke）定律 P(x,t) E u(x,t) x
由牛顿运动定律 Sdxutt P(x dx,t)S P(x,t)S
第七章 数学物理定解问题(5)
1.数学物理方程（又称为泛定方程）
物理量在时空中的变化规律，并把它写成数学形式(偏 微分方程)即为数学物理方程。它反映了同一类物理问题 的共性。
2.定解条件（包括初始条件与边界条件）
对具体的实际问题，我们必须考虑周围环境的影响和 初始状态对具体物理问题演化的影响。它反映了具体物 理问题的个性。
第7章 热传导
5. 二维、三维非稳态导热
1. 薄壁物体非稳态导热 ----集总热容法 ( lumped capacity method ) 薄壁——当物体内部的导热热阻比物体与环境
的对流热阻小的很多时，可归结为薄壁物体的导热 问题。
集总热容法——当物体体积不大，而导热系
数又比较大，认为物体内部的温度在任意时刻都是均 匀的，好像该物体原来连续分布的质量和热容量汇 总到一点，因而只有一个温度值，这种分析法称为 总集热容法。
第一类边界条件（记为B.C.I）
直接给出边界上（任意时刻）的数值。
传热 传质
T TS
A AS
第二类边界条件（记为B.C.II）
给出边界上的导数值（梯度值、通量值）
传热 传质
q ys
T k y
S
j Ays D AB
A y
S
T 0 如某一端面(L)绝热，则可具体写为 q k x x l T 如温度分布中心对称(x =0)，则写为 x 0 0 x
初始条件（I.C.）
反映研究对象的特定历史条件。 追溯了在某个初始时刻的状态。
边界条件（B.C.）
反映所研究对象是处于怎样的特定环境。 环境通过体系的边界将如何影响所研究的对象。
下面以传热为例写出相应的初始条件和边界条件。
1）初始条件
给定某时刻物体内的温度或浓度分布，写为：
传热 传质 传热 传质
三、非稳态导热
在工程问题中，需要知道当物体表面的热状态
发生变化时，物体内给定的温度变化到某一确 定值需要的时间，这也是非稳态导热问题。
在本节将着重讨论薄壁、无限大物体、厚
壁物体 非稳态导热中的 温度分布及求解 方法。
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解：初始位移
初始速度
u
t0
tan
x
tan
l
x
x
l 2
xห้องสมุดไป่ตู้
l 2
u 0 （还没来得及运动） t t0
3. 稳定方程：与时间无关，没有初始条件
二. 边界条件 描述边界上各点在任一时刻的状况.
1. 弦振动边界条件 例如两端固定的弦：
2. 杆振动边界条件 ①两端固定的杆：
u u
x0 xl
0 0
t≥0
数学物理方法
定解条件
丁成祥
§7.2 定解条件
一. 初始条件 给出初始时刻（t=0）介质上任一质点的状况.
1. 对波动方程，要给出初始位移和初始速度
u t0 x, y, z
u t
t0
x, y, z
2. 对于热传导方程，只须给出初始时刻的温度分布
u t0 x, y, z
例. 如右图所示，将弦轻轻拉起，再突然放开，试写出振动方程的初始条件（θ 很小）.
H k
u
xl
H k
u0
或
u x
hu
xl
hu0
此为初稿，疏漏之处，敬请指正
数学物理方法
类型 一类 二类
三类
定解条件
丁成祥
总结：三类边界条件
表达式
u (,t)
u f (,t) n
u n
hu
f
(, t )
此为初稿，疏漏之处，敬请指正
“流出”，而非“流入”，或者说“流入为负”. 如果左端绝热，则边界条件为
③边界按“牛顿冷却定律”散热；则
u 0 x x0
k
u n
H[u(,t) u0 ]
例如一维问题，如右图，介质边界温度为 u，介质外的空气温度为 u0，则按牛顿冷却定律， 有：
k
u x
xl
H[u(l,t) u0 ]
即
u x
此为初稿，疏漏之处，敬请指正
数学物理方法
定解条件
丁成祥
(,t) k u n
即
u 1 (,t)
n k
是表示沿着法向求导，是有方向的. n
例如，对一维问题，在 x=0 处，u n
u (x)
u x
，
从而，x=0 处的边界条件为
u 1 (,t) .
x x0
k
如果杆子温度比外界高，显然，热流的实际方向是向左的， (,t) 实际为负值，即实际为
u u
x0 xl
0 0
②一端固定，一端自由的杆
此为初稿，疏漏之处，敬请指正
数学物理方法
定解条件
u
x0
0
（固定端位置总为零）
u x
xl
0 （自由段不被被压缩）
③一端固定，一端受 x 方向上的作用力 f(t).
丁成祥
解：
s
2u t 2
x l
f
(x) F (l ,t) ，当
0 ，等式左边为零，从而
F l,t f t
又因为 F l,t Es u 所以
x
u 1 f t
x xl Es
这就是 x=l 端的边界条件，若 f(t)=0，则回到自由端的情况.
④如果是一个弹簧提供拉力，如图所示，则 F k[u(l, t) l x0 ]
注：k 为弹簧的劲度系数，u0 不是 u(x=0)，而是弹簧的平衡位置，此时边界条件为
u x
xl
k [u(l,t) Es
l
x0 ]
即
u x
k Es
u
xl
k Es
( x0
l)
3. 热传导问题的边界条件 ①知道边界点上的温度
u (,t)
例如：如图所示，左端与温度为 T1 的大热源接触， 右端为 T2 的大热源，则边界条件为
u u
x0 xl
T1 T2
②单位时间，通过边界单位面积流入的热量已知为 (,t) ，则