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数学物理方程 第2次作业

Chasse_neige

A2

  1. 求解下列线性齐次偏微分方程的通解

(a)

2ux222uxy32uy2=0(Dx22DxDy3Dy2)u=0(Dx+Dy)(Dx3Dy)u=0u=f(xy)+g(3x+y)

(b)

2ux22uxy=0(Dx2DxDy)u=0Dx(DxDy)u=0u=f(y)g(x+y)

(c)

2ut2c2r2r(r2ur)=0,c0

(提示: 1r2r(r2ur)=1r2r2(ru))

(Dt2c2Dr2)(ru)=0(DtcDr)(Dt+cDr)(ru)=0u=1r(f(r+ct)+g(rct))

A3

  1. 求解细杆的导热问题, 杆长为 l, 两端均保持零度, 初始温度为 u|t=0=ax(lx)

热传导方程表示为

ut=κ2ux2

分离变量

u(x,t)=X(x)T(t)1TT=κxX=λ

解得

T(t)=eλtX(x)=A(ω)sin(ωx)+B(ω)cos(ωx)

其中

ω=λκ

由于 u|t=0=ax(lx)

所以 B(ω)=0

ω 满足

ω=nπl

所以对应参数 ω 的分量系数大小为

A(ω)=2l0lax(lx)sin(ωx)dx=8al2(2m1)3π3

其中 n=2m1

所以解为

u(x,t)=m=1(8al2(2m1)3π3sin((2m1)πlx))eκ(2m1)2π2l2t

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