数理方程试题及解答 一

发布 2024-04-16 14:50:07 阅读 9836

(一)一、 填空:(10×3分=30分)

1. 三维形式波动方程为:()

2. 三维形式热传导方程为:()

3.用以说明(边界上的约束情况)的条件称为边界条件。

4.用以说明 (初始状态的条件称为初始条件。

5.拉普拉斯方程的连续解称为:(调和函数 )6.写出第一格林公式 (

7.写出调和函数的积分表达式()

8.n阶第一类贝塞尔函数jn(x)表达式为()9.勒让德方程的形式为:

10.写出能量积分表达式:

二、(6分)若二次连续可微,证明。

满足方程:证明:令,则有。

4分。故有。

2分。三、(8分)证明定解问题。

只有零解。证明:由一维波动方程的能量不等式。

4分。有:当时。

故 ,由于是一个光滑函数,所以常数。但是,当时。

所以0,即所给定解问题只有零解4分。

四、(8分)证明:,其中满足。

为常数。 证明: =

4分。由可推出。

即有: =0(证完4分。

五、(8分)由定解问题

导出无限长弦自由振动的达朗贝尔公式。

解:作代换,利用复合函数微分法则得。

代入原方程得对积分得。

是的任意可微函数),再将此式对积分得。

其中都是任意二次连续可微函数,上式就是方程的通解4分。

代入定解条件得, 解出。

从而得无限长弦自由振动的达朗贝尔公式。

4分。六、(8分)证明:

证明: 4分。

4分。七、(8分)解柯西问题:

解:特征方程 ,两族积分曲线为。

作特征变换,原方程化成,它的通解为。

其中是两个任意二次连续可微的函。

数。原方程的通解为。

4分。把这两个函数代入边界条件得。

解得。从而得所求的解为。

4分。八、(8分)证明:是方程的解。

证明:由于是方程的解,将代入方程。

左端得4分。

令则有=0,即是方程。

的解,亦即是方程。

的解4分。九、(8分)解定解问题::

解:用电象法先求出半空间的格林函数,其中。

与关于平面对称4分。

先计算。将上式代入中,得到定解问题的解。

4分。十、(8分) 求定解问题。

解:令。由方程解出。

由方程解出。

4分。从而有:

叠加起来:

代入初始条件确定有:4分。

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