数学物理方程篇·第四章 / 4.7
半无限杆给定端温与误差函数
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27 原书例2:平方根指数来自热方程的一阶时间导数
考虑、、初温零、,选远处衰减解。时间变换得
对比波动的:热像方程里是,波动是,所以空间指数分别是和。这一步解释了扩散没有有限波前,而理想波动有有限传播速度。
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28 恒温阶跃:erfc公式从核积分得到
若、,,则
检查:得;固定、得0;固定、得0。扩散的特征长度为,不是。任意时每个有限已有很小但非零的响应。
图 P4-13 恒温阶跃产生erfc温度剖面,扩散尺度随根号t增长当前在x=1处温度约为0.02535;没有严格的有限到达波前。
初温零与端点立刻跃到在角点不相容,公式按内部初值及边界理解。这是具体数据的性质,不是反演算错。
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29 任意端温是过去历史与边界热核的卷积
对,记,则。因此
若可微,还可写成。当有跳跃时,分成阶跃响应更方便,不必把普通导数公式硬套过去。
图 P4-14 端温降回零以后,杆内仍保留热量下图是E(t,1)-H(t-1)E(t-1,1),撤去端温后并不会立刻处处为零。
例如端温加热到1后在时降回零,,有。降温后内部还存有热量,不会随着端点立刻一起归零。
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30 为什么热边界核不能直接代x等于零
每个固定都有,但,时权重向集中。边界温度正是由这团越来越尖的时间权重恢复。
讲这一点是为了避免错误交换极限与积分。第一轮不需要证明所有近似恒等算子的定理,只要记住:核公式用于内部,边界用极限或原像条件检查;不要先把一个集中核的参数置零。
误差函数与Fresnel积分的标准定义可查NIST DLMF定义页。本讲义公式已内嵌,阅读和做题不依赖联网。