数学物理方程篇·第五章 / 5.13
传播范围与有无后效
教材带星号§5.4.3,第365—370页
46 影响区域和依赖区域是两个观察方向
影响区域: 固定一个源点,问它在时刻
一维、二维的速度核分别支撑在区间
47 三维紧支集信号何时开始、何时结束
假设初位移和初速度都集中在有界区域
当
这就是三维自由波的强惠更斯性质:点源响应在波前,紧支集信号经过后没有持续的内部尾部。这里说的是标准常系数、全空间、无外力的三维波方程;加边界、阻尼、势项后不能原封不动推广。
48 二维为何有尾巴,一维又要看哪种初值
二维依赖域是整个圆盘。圆盘覆盖了初值支集以后,仍然包含它,所以一般继续有衰减响应;有明确前沿,却一般没有明确结束时刻。这叫后效。并不是说每一组特殊初值都必定产生非零尾巴。
一维达朗贝尔公式中,初位移项只取两个端点,紧支集初位移会分成左右移动的波;初速度项则在整个区间积分。例如紧支集初速度的总积分非零,固定观察点在区间完全包住支集后会留下常数位移。这说明一维也不能笼统套三维“波后恢复零”的结论。
只讨论全空间标准自由波、紧支集初值;几何相交表示可能非零,数据抵消仍可能使解为零。
为什么这部分要学: 能不算积分就判断“还没到”“已经过去”“可能有尾巴”,直接解决传播时间和影响域题。教材虽标星,图像和结论仍值得第一轮掌握;完整几何证明可第二轮再看。
练习25 三维信号时间窗
源初值支集为半径2的球,球心到观察点距离5,波速
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最近距离3、最远距离7,所以可能非零的时间窗为
练习26 同一个支集换成二维
把上题改成二维圆盘,波速仍为3。是否能断言
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不能。