求解一阶拟线性偏微分方程组!非常感谢!急急急

2021-01-10 17:20:22 字数 4268 阅读 5947

1楼:匿名用户

这个方程应该可以用特征线法去求解,但是还要给出u,v的边界条件才能给出具体的表达式。建议你看本数学物理方程的书都有讲特征线法的。英文书你可以看evans的pde

一阶偏微分方程!!!!!来大神求解

2楼:加薇号

解:特征方程为:x^2-2x+1=0,得:x=1因此通解为y1=(c1x+c2)e^x

设特解y2=kx^2e^x

y2'=2kxe^x+kx^2e^x

y2"=2ke^x+4kxe^x+kx^2e^x代入原方程e^x(2k+4kx+kx^2-4kx-2kx^2+kx^2)=e^x

有:2k=1,得:k=1/2

因此y2=x^2e^x/2

因此解的形式为y=(c1x+c2)e^x+x^2e^x/2

急求用matlab求解一阶偏微分方程组的程序! 100

3楼:匿名用户

3楼只是抛物线方程组求解而已,楼主求双曲的

4楼:匿名用户

用parabolic函数、matlab本身的偏微分函数库有很多的,这个最常用。

1阶偏微分方程求解

5楼:热湖人

一阶偏微分方程 - 正文

最简单的一类偏微分方程。一个未知函数u(x)=u(x1,x2,…, xn)所适合的一组一阶偏微分方程即

, (1)

式中(rn之开集),u是实值函数,。适合(1)的函数u称为其解。单个拟线性方程

(2)是式(1)的重要特例。解u=u(x)定义了d×r中一个曲面,称为(1)的积分曲面,是其上一点(x,u)处的法线方向数,(α1,α2,…,αn,b))则定义一个方向场,称为特征方向场。式(2)表明积分曲面在其各点上均与该方向场相切。

特征方向场的积分曲线,称为(2)的特征曲线。它们是常微分方程组(特征方程)

(3)的积分曲线。由上所述,可见式(2)的积分曲面是由式(3)的积分曲线织成的。反之,若一曲面u=u(x)是由(3)之积分曲线织成的,则必为式(2)的积分曲面。

因此式(3)的讨论对研究偏微分方程(2)有特别的重要意义。

式(2)的定解问题中,最重要的是柯西问题,即在u中给定一个n-1维子流形 у及其上的函数φ(x),要求式(2)的解u=u(x)满足以下的附加条件(初始条件):

。  (4)

从几何上看,集是u×r中一个给定的n-1维子流形,而条件(4)即要求积分曲线(它是u×r中的一个n维子流形)通过γ。

柯西问题的解的局部存在的条件从几何上看是很清楚的:若在(x0, u0)∈γ附近,则在该点附近特征向量场微分同胚于平行向量场,特征曲线族则微分同胚于平行直线族。如果γ在(x0,u0)附近横截(即不平行)于该平行直线族,就可以以γ为底,以该平行直线为“母线”作一“柱面”。

它就是所求的积分曲面,亦即柯西问题的解。

对一般的单个一阶非线性偏微分方程

,  (5)

则应以代替上述的u×r。对于积分曲面u=u(x),它在(x,u(x))处的法线方向由所确定,因此(x,u,p)决定了一个过(x,u)的以为法线的超平面,即过该点的积分曲面的切超平面。于是,在u×r中来看,{(x, u,p)}给出一个超平面场,每一个这样的超平面称为过(x, u)的接触元素。

对于给定的(x, u),适合方程(5)的p不是惟一的,从而有一个接触元素族。它们的包络是一个以(x, u)为顶点的锥,称为蒙日锥。方程(5)的积分曲面在各点均切于过该点的蒙日锥。

对于拟线性方程(2),蒙日锥蜕化为过(x,u)的以为方向的轴。

积分曲面既切于蒙日锥,则必沿某一母线切于它。这条母线的方向给出了积分曲面上的一个方向场。对于方程(2)来看,它就是特征方向场。

所以在一般的非线性方程(5),也称它为特征方向场,其积分曲线也称为方程(5)的特征曲线。积分曲面仍由特征曲线织成。

但是,与方程(2)也有所不同,即现在必须在u×r×rn中来考虑特征方向场,从而可以得到如下的常微分方程组

, (6)

(7)(8)

解出这个方程组将得到一个特征带,它在u×r中的投影则称为方程(5)的特征曲线。特征带是一个在u×r×rn中的概念。

解柯西问题的特征线法  在解柯西问题(4)时,将у写成参数形式

(9)(10)

然而,以它为初始条件还不能解出特征带的方程组,还需要有pj所适合的初始条件。

对于拟线性方程(2),以(9)、(10)为初始条件解特征方程组(3),可得

(11)

(12)

令若在t=0时,即在у上,δ|t=0≠0,则可以在|t|充分小时即在у附近由(11)解出为 (x1,x2,…, xn)的函数,代入(12)即得柯西问题的解。在以上讨论中,条件

(13)

极为重要。它在几何上表示特征线横截于γ。没有这种横截性,一般说来特征曲线不能织成积分曲面,然而若仍可能有解,那么解称为奇异解。条件(13)称为特征条件。

对于非线性偏微分方程(5),需要解出特征带的方程组(6)、(7)、(8)。这时需要 pj所适合的初始条件。很容易看到,在t=0时,pj应适合以下条件

,  (14)

。  (15)

(14)、(15)共有n个方程,它们称为带条件。为了能从其中解出pj,又需要在t=0时

(16)

在方程(2)的特例下,它就是式(13)。所以式(16)也称为特征条件。

若带条件和特征条件得以满足,就将得出在 t=0时xj、u和pj所适合的初始条件。于是可以得到

, (17)

, (18)

, (19)

利用特征条件,可以从式(17)中解出为(x1,x2,…,xn)的函数,代入式(18)即得u=u(x)为柯西问题的解。代入式(19)得pj=pj(x),可以证明恰好有。

拉格朗日-查皮特方法  求解柯西问题(5)、(4)的另一方法,是求(5)的含有n个参数α=( α1,α2,…, αn)的解u=u(x,α)。它称为(5)的完全积分。

将(4)所定义的子流形γ局部地表为

。再取α=α(s)使u=u(x,α(s))经过(x(s),u(s))而且在该点切于γ,即有

这一族解的包络仍是(5)的积分曲面,而且通过γ,亦即所求柯西问题的解。于是,将问题归结为求(5)的含n-1个参数s=(s1,s2,…,sn-1)的解u(x,α(s)),它称为(5)的通积分。

若将完全积分对n个α求包络,即由

中消去α,还可得到方程(5)的另一种解,称为奇异积分。

于是问题归结为如何求完全积分。为此考虑一个与之相关的问题:求函数u=u(x)使之满足一组偏微分方程

(20)

因为方程个数超过未知数个数,故(20)称为超定方程组。超定方程组有解,需有一定条件称为可积性条件。对于(20),可积性条件为

(21)

(fj, fj)称为泊松括号。若一个方程组适合(21),则称之为对合方程组。

方程(5)可以化为不显含u的情形。因为若将u=u(x)写为隐函数v(x,u)=с,而以v为新的未知函数,则(5)成为。若视u为自变量则未知函数v不显现。因此可以限于求解以下形式的方程

(22)

对(22)补充以n-1个新的方程

(23)

式中αj为参数。可以适当取f2,f3,…,fn使(22)、(23)成为对合方程组。再从(22)、(23)中解出:

(其中含常数α2,α3,…,αn),即可得(5)的含有n个常数的解(即完全积分)以上方法称为拉格朗日-查皮特方法。

普法夫方程组、费罗贝尼乌斯条件 在 u嶅rn中若给定了一个充分光滑的向量场,则过u之每一点必有其惟一的积分曲线。若给定r(1

求积分流形发生障碍的几何原因,可由下例看出。设在r3中给出一个平面场(相当于两个向量场),作柱面如图,则该平面场在柱面上决定一个向量场。若原平面场可积而有积分曲面存在,则积分曲面与柱面相截将给出柱面上的向量场的封闭积分曲线。

但是柱面上的向量场不一定有封闭的积分曲面存在。

上述问题稍加改述:求一个超曲面u=u(x)(而不只是r维子流形)与r个向量场相切,即

, (24)

这是一个超定方程组。前述拉格朗日-查皮特方法中已遇到这种问题。

式(24)规定出 r个一阶偏微分算子(亦即向量场)。它们的交换子仍是一阶偏微分算子:

弗罗贝尼乌斯定理指出:超定方程组(24)可积的充分必要条件是存在函数使得满足式(25)的向量场x1,x2,…,xr称为对合的。

一阶偏微分方程的几何理论有悠久的历史渊源,以后经过é.(-j.)嘉当等人的发展,在几何学、力学和物理学中都有重大的意义。