数学物理方程篇·第二章 / 2.10
原书全部习题的路线与关键结果
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43 习题1—2:空间特征值问题
题1(1) :余弦半整数谱,、。题1(2) :用求正根。题1(3) 左、右,:
这条方程只在使用;需单独代回,不能把消分母后出现的零当特征根。
题2(1) 就是2.4节的漂移例题:、、权。题2(2) 三维径向:令,有,有界性对应,给,,原点取极限;权。题2(3) 、两端:分部积分两次得,所以、。这里的负号尤其容易被“特征值总非负”的错误记忆覆盖。
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44 习题3—4:弦初形与圆内有限角频率
题3 抛物线初形、零初速,已在2.2完整求解。检查偶数系数为零,奇数系数。
题4 圆狄利克雷问题,边界各小题对应:
| 原书小题 |
圆内解 |
| (1) 常数 |
|
| (2) |
|
| (3) |
,因为调和 |
| (4) |
|
| (5) |
|
先做三角恒等变形,把边界拆为角频率;不要把直接替换成后任意猜一个非调和函数。
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45 习题5:七种边界与方程变化分别动哪一步
(1) 左D右N波动,。取、。初速系数,答案为,。
(2) 两端零热传导,初温:系数,时间因子。
(3) 阻尼弦,原书保证全部欠阻尼。空间仍为整数正弦;,
初速度里会多出,不能仅给无阻尼答案乘。
(4) 一端N、一端正Robin的波动:空间谱用2.6的根,时间改为;系数分母仍是。
(5) 圆内,原书。若,则
题设确保分母不零。特别时,。
(6) 圆环常数边界:。(7) 扇形:用2.3节角正弦和公式。
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46 习题6—9:守恒奇异端点与高阶方程
题6 长绝热杆初温为中心宽、高的矩形,总积分为1。解为
这里用了原来长度的偶数余弦模态,奇数模态系数零。长期趋。时每项系数趋;对形成集中初热量的平滑解,不能说初温函数一致趋于一个有限普通函数。
题7(1) 球内径向热传导:令,则,,初值,最后除以并在原点取极限。题7(2) 梁振动、两端:空间,角频率,并非;初位移的系数同题5(2)。
题8 半圆板,直径零温、圆弧:角向正弦,只有奇数模态,系数,乘。
题9 ,要求时解趋零。分离后可取,。此题没有给完整定解条件,只求满足衰减条件的乘积解;不应虚构一组有限区间离散谱。
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47 习题10:非齐次问题先画出提升后的数据
(1) 左端恒温、右端绝热:稳态,余项左D右N,初温,用半整数正弦。
(2) 左端零温、右端,初温常数:稳态,余项左D右N,初温。长期趋;正负来自题设导数,不能临时把解释成另一个方向。
(3) 题中方程为,即。可取两端为零的稳态
余项初温为,按整数正弦衰减。注意源的因子,不能漏。
(4) 外力的固定端弦:
(5) ,左位移零、右斜率,初形、初速零:取满足稳态和边界;余项左D右N、初形。
(6) 圆内、圆周常数(将原书两个常数改记以免与半径混淆):
因为,而调和。
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48 习题11—12:圆环零模态与矩形双重展开
题11 、、边界常数数据,先取,余项只需。所以通解。两端给温度时联立两个值;外圆给时,用,再由内圆温度定。
题12(1) 矩形泊松问题四边非零:先取关于线性的提升,先消去左右边界;余项源变为,上下边界也减。可以再提升上下边界(需角点相容),或将余项分成有源零边界和两条单边非零的调和问题,分别展开。原书提示的“”中可以依赖,不能误当两常数来拟合任意。
题12(2) 矩形膜,初形、初速零。双正弦系数
时间因子。题12(3) 矩形热传导初温任意:同一空间基,用;投影系数见2.6。