Coupled KdV equations of Hirota-Satsuma type
变系数Hirota-Satsuma耦合KdV方程的精确解
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步骤 2 平衡 方 程 ( )的最 高 阶导数 项 和非 : 2 线 性项 得 一 2 m 一 1 2 , ,.
收 稿 日期 ;0 8 4 0 2 0 一O —1 *北 京 市 教 育 委 员 会 科 技 发 展 计 划 研 究 基 金 资 助 项 目 ( . No KM2 0 10 9 0 ) 0 5 0 00 8
u -a “ + 6 u ) 2 v . ( u 一 b v
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…
1 方 法 介 绍
对 于方 程 ( ) 解步 骤如 下 : 2求
步 骤 1 设 方程 ( ) : 2 具有 如 下形式 的解 :
一
其 中 a, 是 非 零 常 数 . 的应 用 非 常 广 泛 , b都 它 如: 非线 性光 学 、 动 、 波 流体 力 学 、 对 称 等. 超 在
耦 合 Kd 方 程 的精 确 解 * V
孙 福 伟 陈 贺 灵
( 方 工 业 大 学 理 学 院 ,1 0 4 , 京 ) 北 014北
摘Leabharlann 要利用扩展 的 T n a h函 数 法 , 助 于 计 算 机 符 号 计 算 , 到 变 系 数 Hi t S tu 借 得 r a asma o-
第一作者简介 : 孙福伟 , 教授. 主要研究方 向: 非线性发展方程及其应用.
维普资讯
3 4
北 方 工 业 大 学 学 报
第 2 O卷
步骤 3 将 式 ( ) : 3 一式 ( ) 入方 程( ) 到 5代 2得
一类广义Hirota-Satsuma Coupled KdV系统的新精确行波解
Ab ta t W ih t ead o h e rn il ft eh mo e e u aa c t o n uW e - sr c : t h i ft ei ap icp eo h o g n o sb ln eme h d a dW n d
jnei n t n ee n to , y u igt e( G)e p n inmeh d p o o e r e u l miai lme t o meh d b s h G / 一x a s t o r p sdmoer— n o
h p r o i u cin s l to s ti o o ercf n to o u in n a in ls lto s A i d y e b l f n to ou in ,rg n m ti u cin s l t sa d r t a o u in . kn c o o o h e e aie io aS tu o p e V q a in si v sia e . o h n e t— ft eg n r l d H r t- a s ma C u ld Kd e u to si n e tg td Fr m t e iv si z g t g p o e so h x c rv l n v o u in ft e e u to s t e e p n in me h d ai r c s ft ee a tta el g wa es lto so h q a in ,h x a so t o n i i o n yac n iea def c t o o ovn h r v l n o u in f o -i e re o u sn to l o cs n fe tme h df rs li gt eta el gs l t so n l a v l — i o n n to q a in , u lou e o x c r v l n v o u in f h t e o -i e re o u in e u to s b tas s d f re a t a el gwa es lto so eo h rn n l a v l — t i t n
普朗克公式
普朗克公式的那些事材料科学与工程学院材料物理张培学号:1043011023 19世纪末,经典统计物理学在研究黑体辐射时遇到了巨大的困难:由经典的能量均分定理导出的瑞利-金斯公式在短波方面得出同黑体辐射光谱实验结果相违背的结论。
同时,维恩公式则仅适用于黑体辐射光谱能量分布的短波部分。
也就是说,当时还未能找到一个能够成功描述整个实验曲线的黑体辐射公式。
为了解决经典物理学19世纪末面临的“紫外灾难”,普朗克吸收了维恩公式和瑞利-金斯公式的长处,利用热力学理论和熵能关系,于1900年10月19日“猜测”出了普朗克公式,经鲁本斯实验验证完全正确,很好地解决了前人的黑体辐射理论与实验结果的矛盾。
b5E2RGbCAP 物理学中,普朗克黑体辐射定律<也简称作普朗克定律或黑体辐射定律)<英文:Planck's law, Blackbody radiation law)是用于描述在任意温度下,从一个黑体中发射的电磁辐射的辐射率与电磁辐射的频率的关系公式。
这里辐射率是频率的函数:p1EanqFDPw这个函数在时达到峰值。
如果写成波长的函数,在单位立体角内的辐射率为注意这两个函数具有不同的单位:第一个函数是描述单位频率间隔内的辐射率,而第二个则是单位波长间隔内的辐射率。
因而和并不等价。
它们之间存在有如下关系:DXDiTa9E3d通过单位频率间隔和单位波长间隔之间的关系,这两个函数可以相互转换:下表中给出了函数中每一个物理量的意义和单位: 物理量含义国际单位制厘M-克-秒制 辐射率,在单位时间内从单位表面积和单位立体角内以单位频率间隔或单位波长间隔辐射出的能量焦耳·秒-1·M -2·球面度 -1·赫兹-1,或焦耳·秒-1·M -2·球面度- 1·M -1 尔格·秒-1·厘M-2·赫兹-1·球面度-1 频率赫兹 (Hz> 赫兹 波长 M (m>厘M<cm ) 黑体的温度 开尔文 (K>开尔文 普朗克常数焦耳·秒(J·s> 尔格·秒<erg·s) 光速M/秒 (m/s> 厘M /秒<cm/s ) 自然对数的底,2.718281...无量纲 无量纲 玻尔兹曼常数 焦耳/开尔文 (J/K> 尔格/开尔文 (erg/K>在1900年10月19日,在德国物理学会的会议上,普朗克基于一个根据实验数据猜测出来的内插公式,提出了黑体辐射公式:RTCrpUDGiT当时对黑体辐射实验测量工作做得较多的有鲁本斯。
Hirota方法求解KdV-mKdV混合方程的多孤子解
收稿日期:2008-02-25 Hirota 方法求解KdV-mKdV 混合方程的多孤子解吴妙仙1 张翼2(1.浙江广厦建设职业技术学院,浙江 东阳 322100, 2.浙江师范大学 数学系,浙江 金华321004)摘 要:Hirota 方法为构造非线性发展方程的精确解提供了一条有效途径。
我们利用Hirota 方法得到KdV 一mKdV 混合方程多孤子解的解析表达式,通过图形展示出多孤子的主要相互作用过程的特征,并从理论上对孤子解渐进分析证实孤子的特征。
关键词:Hirota 方法 KdV-mKdV 混合方程 多孤子解Multi-Solitary Wave Solutions of KdV-mKdV Equation through HirotaWu Miaoxian 1 Zhang Yi 2(1.Guangsha College of Applied Construction Technology, Dongyang 322100, Zhejiang; 2. Department of Mathematics, Zhejiang Normal University, Jinhua321004, Zhejiang)Abstract: Horita provides an effective way to find out the exact solution to Nonlinear Evolution Equation. Through Horita, we get Analytical Expressions of Multi-Solitary Wave Solutions of KdV-mKdV equation. The characteristics of Multi-Solitary Wave Solutions’ main interaction process are displayed through drawings and proved right through analyzing it theoretically. Key words: Horita methods; KdV -mKdV equation; Multi-Solitary Wave Solutions1 引言非线性科学中的许多问题都可归结为求解非线性发展方程的问题。
(1+1)维混合KdV方程的精确解
第39卷第1期 注 為 科 修 Vol. 39 No. 12021 年 2 月JIANGXI SCIENCE Fl. 2021doi :10.13990/j. it y l001 -3679.2021.01.005(1+1)维混合KdV 方程的精确解翟子璇,李琪8(东华理工大学理学院,330013,南昌)摘要:讨论一类混合KdV 方程,通过F-展开法及辅助常微分方程,成功得到该方程的精确解。
关键词:F-展开法;混合KdV 方程;精确解中图分类号:0175.29文献标识码:A 文章编号:1001 -3679(2021)01 -022-03Exact Solutions of Mixed (1+1) - Dimensional KdV EquationZHAI Zixuan, LI Qi **收稿日期:2020 -12 -10;修订日期:2021 -01 -12作者简介:翟子璇(1996—),男,硕士研究生,研究方向为非线性可积系统及应用。
基金项目:国家自然科学基金(11561002、11861006);江西省教育厅科技项目(GJJ191419)。
*通信作者:李 琪(1973—),女,博士,教授,研究方向为非线性可积系统及应用。
E - mail :qli@ ecut. edu. cn 。
( School of Science , East China University of Technology, 330013 , Nanchang )Abstract : The exact solution' of mixed ( 1 + 1) - dimensional KdV equation are obtained by using F- expansion method and auxiliaie ordinary dVTerentiaO equation .Key words : F 一 expansion method ; mixed ( 1 + 1) 一 dimensional KdV equation ; exact solutions0引言随着人们对自然界更加深入的研究,许多非 线性现象逐渐进入研究者的视野,而非线性发展方程则是对这些现象进行客观描述的有力工具。
广义耦合Hirota-Satsuma KdV方程组的对称约化和精确解
( 聊城大学 数 学科 学学院 , 山东 聊城 2 5 2 0 5 9 )
摘要 : 利用修 正的 c K直 接方法 , 得 到广 义耦合 Hi r o t a - S a t s u m a K d V方 程组 的经典李 点对称 , 并 利用对称 得到 该
方 程的一些相似约化和新 的精确解 , 同时 , 建立 了该方程组 的新 、 旧解 之间的关系 , 从 而推 广了本 文所 得的新 解.
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在文 献 [ 1 1 ]中 , 作 者 利用二 维 动力 学系 统分 歧理 论得 到 了方 程组 ( 1 )的 行 波 解 . 在文 献 [ 1 2 ~1 3]中 , 作 者 分 别 利 用 椭 圆 函数 展 开 法 和 Ri c c a t i 辅 助方 程方 法得 到 了方程 组 ( 1 )的 椭 圆 函 数 解 和 三 角 函数 解 . 在 文 献[ 1 4 ~1 5]中 , 作 者 应 用 变 换 也 得 到 了该 方 程 组 的 一 些 行 波 解 . 本 文利 用修 正 的 C K直 接方 法得 到方 程组 ( 1 )的 李 点 对 称 和 一 些 新 的精 确 解 , 同时建 立 该方 程 组 新 、 旧
非线性 发 展方 程被 广泛 应用 于描 述 物理 、 生物、 医学等 科 学领 域 中 的复 杂 现象 , 而 且 非 线 性 发 展 方 程 的 精 确 解 在 解 释 复 杂 物 理 现 象 中起 着 非 常 重 要 的 作 用 . 为 了求 解 非 线 性 发 展 方 程 的精 确 解 , 很 多 有 效 的 方 法 被 提 出, 如 经 典 和 非 经 典 的 李 群 方 法 - 2 ] 、 B a c k l u n d变 换 方 法 、 Da r b o u x变 换 方 法 、 Hi r o t a方 法 、 广 义 Ri c c a t i 辅 助方 程 方法 、 广义 G / G一展 开 法 …等 . 而 修正 的 C K直接 方法
Applied Mathematics and Computation 2应用数学计算
Corresponding author. E-mail address: 源自ggeng@ (X.G. Geng)
1
ACCEPTED MANUSCRIPT
The aim of the present paper is to study the Satsuma-Hirota coupled equation [12] with the aid of the Darboux transformation: ut = 1 u + 3uux + 3(−v 2 + w )x , 4 xxx v − 3uvx , vt = − 1 2 xxx 1 wt = − 2 wxxx − 3uwx .
which describes an interaction of two long waves with different dispersion relations. In Ref. [12], the coupled equation (1) was introduced by Satsuma and Hirota. Equation (1) is called the Satsuma-Hirota coupled equation. It is shown that it is a special case of the four-reduced KP hierarchy which is included in the general theory of τ functions. From the fact it is also shown that the soliton solutions can be derived from those of the KP equation. The existence of infinitely many conserved quantities are proved by means of the linear scheme giving the Satsuma-Hirota coupled equation (1). A B¨ acklund transformation and nonlinear superposition formulae are established from bilinear equations of the coupled equation (1), by which soliton solutions and rational solutions are derived [15]. Here a Darboux transformation of the Satsuma-Hirota coupled equation (1) is constructed with the help of the gauge transformation between the Lax pairs, from which some new explicit solutions of equation (1) are derived, including rational solutions, soliton solutions and periodic solutions and others. Moreover, based on the symbolic computation we have verified that all these solutions are indeed solutions of equation (1). Also, that we have reduced the solutions to contain the minimum number of arbitrary constants.
Kdv方程
Original Research Article
Received: 22 June 2013 Accepted: 21 August 2013 Published: 17 February 2014
_______________________________________________________________________
b 4 H 2 v, y y 2 2 g 2v c 3 a v 2 v h2 , 2
For
(1.10)
h1 h2 g 2 0, a
c c 2 12 g1 1 ,b , c 2 12 g1 0, 6 c 2 a
(1.1)
which were derived to model the interaction of water waves. Here , , b are constants. Liu et al. in [13] based on a subtle balance method, a given function expansion which was applied to Eq. (1.1), a series of periodic solutions, solitary wave solutions and singular solutions are obtained by aid of symbolic computation. For b 3,
British Journal of Mathematics & Computer Science
4(8): ……., 2014
SCIENCEDOMAIN international
一类四阶偏微分方程的对称约化、精确解和守恒律
一类四阶偏微分方程的对称约化、精确解和守恒律张丽香;刘汉泽;辛祥鹏【摘要】利用李群分析研究了一类变系数四阶偏微分方程,求出方程的李点对称,把偏微分方程约化为常微分方程,然后结合(G'/G)展开法及椭圆函数展开法,对约化后的常微分方程求其精确解,从而得到原方程的精确解.进一步,给出这类变系数偏微分方程的守恒律.%The partial differential equation with constant coefficients can merely approximately reflect the law of motion ofsubstances.Relatively the partial differential equation with variable coefficients can reflect the complex movement of substances more accurately.Therefore,it is more important to study the partial differential equations with variable coefficients.This paper investigates a class of variable coefficient partial differential equations.By using Lie symmetry analysis,the symmetries of the equations are obtained,Then the partial differential equations are reduced to ordinary differentialequations.Moreover,we combine with (G'/G) expansion method and elliptic function expansion,so exact solutions to the original equation are obtained.Furthermore,the conservation laws of this kind of variable coefficient differential equations are given.【期刊名称】《华东师范大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】13页(P50-62)【关键词】变系数方程;李群分析;精确解;守恒律【作者】张丽香;刘汉泽;辛祥鹏【作者单位】聊城大学数学科学学院,山东聊城252059;聊城大学数学科学学院,山东聊城252059;聊城大学数学科学学院,山东聊城252059【正文语种】中文【中图分类】O175.2由于非线性偏微分方程能够描述物理、生物、化学和医学等领域中的复杂现象,而且越来越多的数学、物理和工程问题要转化为非线性偏微分方程的求解问题.因此,研究偏微分方程有重要的意义.而非线性偏微分方程的精确解可以更好地解释某些物理现象.经过多年研究,人们已经提出许多行之有效的方法,比如经典李群方法[1-3],Hirota双线性方法[4-5],修正的CK直接约化方法[6-7],齐次平衡方法[8-10]等.其中李群方法是研究微分方程的有力工具之一,寻找方程的李点对称,由已知解生成新解,从而建立新解和旧解之间的联系.而且这种方法不仅适用于常系数方程和方程组,而且适用于变系数方程.考虑以下变系数四阶偏微分方程其中u=u(x,t),α(t)为t的函数,β为任意常数,p=1,2,3,···.此类方程尤其在研究弹性梁的弯曲状况和解的稳定性中有重要的意义[11].本文由以下几部分组成:第1节求出方程(1)的李点对称;第2节,以p=3为例对方程(1)进行约化;第3节,结合(G′/G)展开法[12-14],幂级数展开法[15-16],构造辅助方程[17-18]等方法,对约化后的常微分方程求其精确解,进而得到原方程的精确解;第4节,给出方程(1)的伴随方程和守恒律[19-21];第5节,作简要总结.设方程(1)的单参数向量场为其中ξ(x,t,u),τ(x,t,u),ϕ(x,t,u)为待定函数.若向量场(2)为方程(1)的李点对称,则下面根据α(t)的取法不同讨论(5),得到方程(1)的生成元.情况(i)当,即α(t)=k(k为非零常数),则生成元为情况(ii)(1)当4tα′(t)+3α(t)=0时,即α(t)=(k为非零常数),则生成元为(2)当4tα′(t)+3α(t)/=0时,有下列几种子情况.(a)α′(t)=kpα(t),即α(t)=lekpt(k为非零常数),则生成元为(b)4tα′(t)+3α(t)=kα′(t),即α(t)=l(4t− k)(k,l为非零常数),则生成元为(c)4tα′(t)+3α(t)=kpα(t),即α(t)=lt(k,l为非零常数),则生成元为(d)C1=C2=C4=0,即α(t)为关于t的任意函数.前文中我们已经求出了方程(1)的李点对称,下面以p=3为例,对方程(1)进行约化. 当α′(t)=0时,即α(t)=k(k为非零常数),方程(1)退化为常系数四阶偏微分方程(a)对于向量场,对应的群不变解为u=将其代入方程(12),得约化方程为其中f′=df/dξ.(b)对于向量场V=V2+cV3=∂t+c∂x,对应的群不变解为u=f(ξ),其中ξ=x−ct,将其代入方程(12),得约化方程为其中f′=df/dξ.(1)当4tα′(t)+3α(t)=0时,即α(t)=(k为非零常数),方程(1)变为对于向量场V1=4t∂t+x∂x,对应的群不变解为u=f(ξ),其中ξ=,将其代入方程(15),得约化方程为其中f′=df/dξ.(2)当4tα′(t)+3α(t)/=0时,有下列几种子情况.(a)α′(t)=kpα(t),即α(t)=lekpt(k为非零常数),方程(1)变为对于向量场V1=∂t−ku∂u,对应的群不变解为u=f(ξ)e−kt,其中ξ=x,将其代入方程(17),得约化方程为其中f′=df/dξ.(b)4tα′(t)+3α(t)=kα′(t),即(k,l为非零常数),方程(1)变为对于向量场V1=(4t− k)∂t+x∂x,对应的群不变解为u=f(ξ),其中将其代入方程(19),得约化方程为其中f′=df/dξ.约化后的方程(20)和方程(16)形式相同.(c)4tα′(t)+3α(t)=kpα(t),即(k,l为非零常数),方程(1)变为对于向量场V1=4t∂t+x∂x−k∂u,对应的群不变解为其中将其代入方程(21),得约化方程为其中f′=df/dξ.(d)C1=C2=C4=0即α(t)为关于t的任意的函数.方程(1)的群不变解为u=f(t),将其代入方程(1)得f′(t)=0.易得方程(1)的精确解为u=C,其中C为任意常数.前文中,我们通过讨论α(t)的不同情况,已经得到了约化方程.本节中,我们结合椭圆函数展开法、(G′/G)展开法及幂级数展开法等对约化后的方程(13)、(14)、(16)和(18)求其精确解,进而得到方程(1)的精确解,包括精确幂级数展开解,椭圆函数展开解及三角函数解等.对方程(13)积分一次,得其中A0是积分常数.假设方程(23)有以下形式的解由齐次平衡原理得m=1,故方程(24)有以下形式的解,且其中φ是Riccati方程的已知解其中A=A(ξ),B=B(ξ),C=C(ξ).把式(25)、(26)代入方程(23)中,比较φi(i=0,1,2,3,4)的同次幂系数得其中C1,C2均为任意常数,B=B(ξ),C=C(ξ).当λ2−4µ<0时,方程(23)的精确解为其中C1,C2 均为任意常数,B=B(ξ),C=C(ξ).对方程(14)积分一次得其中B0为积分常数.假设方程(27)有如下形式的解由齐次平衡原理得m=1.故方程(27)有如下形式的解其中k1,k0为待定常数,φ(ξ)是Riccati方程的已知解,且其中A,B,C是常数.把式(29)、(30)代入方程(27)中,收集φi(i=0,1,2,3,4)的各项系数,并且令各项系数为零,得到关于k1,k0的代数方程组,解方程组得故方程(27)的解为对于方程(14)的解借助Maple软件,u4(x,t)的图像如图1所示.对于方程(14)的解u5(x,t)的图像如图2所示.对于方程(14)的解u6(x,t)的图像如图3所示.对于方程(14)的解u7(x,t)的图像如图4所示.假设方程(16)有如下形式的幂级数展开解把式(31)代入方程(16)中,得比较式(32)中的系数,可得:当n=0时,C4=其中C0,C1,C2,C3为任意常数.由(33)式可得故方程(16)的解为因此得原方程(15)的精确幂级数展开解为其中C0,C1,C2,C3为任意常数,Cn+4由(33)式确定.假设方程(18)有如下形式的解其中G=G(ξ),且满足二阶线性常微分方程由式(34)和(35)得把式(34)–(38)代入方程(18),平衡最高阶导数项f(4)和最高阶非线性项f3f′的次数,得m=1,故方程(18)有如下形式的解把式(35)–(39)代入方程(18)中,且令式中的各项系数为零,得到关于α0,α1的超定方程组,解方程组得当λ2−4µ>0时,方程(18)的精确解为故方程(17)的精确解为故方程(17)的精确解为当λ2−4µ=0时,方程(18)的精确解为故原方程(17)的精确解为其中C1,C2均为常数.在这一部分,我们将给出方程(1)的伴随方程和守恒律.方程(1)的伴随方程为设v=ψ(x,t,u),且ψ(x,t,u)/=0.根据Ibragimov给出的定义其中F=ut+α(t)upux+βuxxxx=0.把式(40)、(41)入方程(1),得比较ux,ut,u2x,···的系数得,ψ=ρ,其中ρ为非零常数.利用Ibragimov给出的结论,守恒向量为根据Ibragimov给出的结论,给出向量场的通式那么方程(1)的守恒律由下式决定向量场C=(C1,C2)由下式决定以下面情况(i)和情况(ii)为例,可分别求出显式守恒律.情况(i)考虑方程(12),对于向量场有W=−(u+4tut+xux),情况(ii)考虑方程(17),对于向量场有W=−(ku+ut),以上守恒向量C=(C1,C2)包含了伴随方程(40)的任意解ρ,因此给出了方程的无穷多个守恒律.本文运用李群分析研究了一类变系数四阶偏微分方程,把复杂的偏微分方程约化成常微分方程,通过求常微分方程的精确解,得到原方程的精确解,包括三角函数解,幂级数展开解,椭圆函数解等.进而可以建立新解和旧解之间的关系,能更好地解释复杂的物理现象.李群是研究微分方程的有力工具之一,无论是研究常系数偏微分方程还是变系数偏微分方程,都具有广泛的应用.另外,我们给出了四阶变系数方程的伴随方程和显式守恒律.(责任编辑:林磊)【相关文献】[1] 田畴.李群及其在微分方程中的应用[M].北京:科学出版社,2001.[2] OLVER P.Applications of Lie Groups to Differential Equations[M].NewYork:Springer,1993.[3] BLUMAN G,ANCO S.Symmetry and Integration Methods for DifferentialEquations[M].New York:Springer-Verlag,2002.[4]HIROTA R,SATSUMA J.A variety of nonlinear network equations generated form the B¨acklund transformation for the Tota lattice[J].Suppl Prog Theor Phys,1976,59:64-100. 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电磁场对偶张量
电磁场对偶张量电磁场对偶张量介绍电磁场对偶张量是电动力学中的一个重要概念,它描述了电磁场的对偶性质,即电场与磁场之间的相互转换。
本文将从定义、性质、应用等方面详细介绍电磁场对偶张量。
定义在坐标系中,电磁场可以用两个向量场描述:电场E(x,y,z,t)和磁场B(x,y,z,t)。
它们满足麦克斯韦方程组:其中,ε0为真空介质常数,μ0为真空磁导率。
将上述方程组进行变形可得:其中,∇表示梯度算子。
定义一个新的向量场F(x,y,z,t),称为电磁场对偶张量,其分量表示如下:其中,εijk为三阶完全反对称张量。
性质1. 对称性根据定义可知,Fij=-Fji。
因此,电磁场对偶张量是反对称的。
但是,在某些情况下也可能具有一定的对称性。
2. 梯度性质由于Fij是由E和B求导得到的结果,因此它具有一定的梯度性质。
具体来说,在任意坐标系中,Fij的梯度为零,即:3. 洛伦兹不变性在相对论中,电磁场对偶张量具有洛伦兹不变性。
这意味着,在不同的参考系中,电磁场对偶张量的值是相同的。
应用1. 电磁场方程的简化使用电磁场对偶张量可以将麦克斯韦方程组简化为一个方程。
具体来说,可以将E和B表示为Fij的分量,并代入麦克斯韦方程组中得到:其中,jμ为四维电流密度。
2. 电磁波的极化在介质中传播的电磁波可以被极化成不同方向的振动。
使用电磁场对偶张量可以描述这种极化现象。
具体来说,在各向同性介质中,可以定义一个极化向量P(x,y,z,t),其分量表示如下:其中,χe和χm分别为介质的电极化率和磁极化率。
将P代入Fij中可得:因此,当介质存在时,Fij需要进行修正以考虑介质效应。
3. 爱因斯坦场方程爱因斯坦场方程描述了引力与物质之间的相互作用。
在该方程中,电磁场对偶张量可以被用来描述电磁场的贡献。
具体来说,可以将Fij表示为电场和磁场的双线性组合,并代入爱因斯坦场方程中得到:其中,Tμν为能量-动量张量,Gμν为爱因斯坦张量。
结论电磁场对偶张量是电动力学中的一个重要概念,它描述了电场与磁场之间的相互转换。
佩亚诺余项的麦克劳林公式
马克劳林公式(Maxwell's Equations)是刘易斯·马克劳林(James Clerk Maxwell)在1873年发现的四个基本方程,它们解释了电场和磁场之
间的相互作用。
这个公式也给出了电磁场能量的积分形式,从而完整
地描述了电磁辐射。
在电磁学领域中,乔治·佩亚诺(George F. Pegrim)曾提出了增强了马克劳林的余项方程(residual equations)。
佩亚诺余式的概念源于似乎是一种有缺陷的认识,即当所有电磁力学
方程都满足时,电磁字段仍不能完全描述。
他又发现了这两个余项方程,它们表明,可以通过特定的余项方程来制定电磁力字段的完整描述,而它们可以满足那些由马克劳林的方程所定义的电磁力字段的要求。
因此,这两个余量方程旨在研究马克劳林方程所定义的电磁力字
段应如何完善和完整,这最终引出了时空的概念。
佩亚诺余项的出现大大强化了电磁理论框架,从而使研究者得以从纯
量字段的层次探索电磁现象,尤其是时空关系,这也是牛顿力学与机
械运动理论相比更深入地推进了电磁理论研究的原因。
此外,佩亚诺余项的出现还使由牛顿力学提出的定义受到了根本性的
挑战,因为它暗示,时间和空间之间有一种内在的有机关系,因而引
发了现象学理论的新生,从而推动了现代物理学进步。
总之,佩亚诺余项的发现对于物理学的发展具有重要的意义,由此可见,物理学的发展受到科学家的不断发现和创新的影响,不仅是科学
家的刻苦努力推动了科学发展的步伐,还有发现的创造性的思维。
一般Hirota-Satsuma方程的多孤子解及孤子间的相互作用
按照改进 的 齐次平 衡 法 的基本 思 想 , , 了 M 为
生命科 学等众 多 领域 中扮 演着 重 要 角 色 , 着 广 有 泛 的应 用前景 L .孤子 的相 互作 用 性质 是 孤 子能 l 』 否 更 好地 实 际 应 用 的关 键 因素 , 是孤 子 理 论 具 有 良好应 用前 景 的 基 础 .因 此 可 积模 型 中孤 子 相 互 作 用性 质 的研 究 是 十 分 有 意义 的课 题 . 目前 ,对 ( +1 维 可积模 型 的孤 子 结构 及 相 互 作 用性 质 已 1 ) 研究 的 比较深 入 L , ( l 而 2+1 维 可积模 型 的孤 子 ) 结构 以 及 相 互 作 用 性 质 也 正 在 逐 步 深 入 研 究 中 』但 由于非 线性 模 型 本 身 的复 杂 以及 孤 子 相 . 互作 用规律 的复杂性 , 方 面的 问题还 有 待 于进 一 这
研 究 了方程 ( ) ( ) 1 和 2 的一 些 特殊 情 况 ( 程 的 系 方
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第 5卷第 4期 20 0 7年 l 2月 17 -5 3 20 / 54 2 35 626 5 / 0 70 () 9 - /
动 力 学 与 控 制 学 报
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第 2 7卷 第 5期
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Hirota-Satsuma耦合KdV方程行波解的分支
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[ 要] 运 用 平 面 动 力 系 统 理 论 . 研 究 了 Hi t S tu 摘 r a asma耦 合 Kd 方 程 , 证 明 该 方 程 存 在 光 滑 孤 立 波解 、 o— V
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数学物理方程季孝达
数学物理方程季孝达引言数学物理方程是描述自然现象与规律的数学公式,它们在物理学、工程学等领域中扮演着至关重要的角色。
季孝达,是中国科学院院士、中国工程院院士,一位杰出的数学物理学家,他在数学物理方程研究领域做出了重要贡献。
本文将对季孝达的研究成果进行概要介绍。
季孝达的学术生涯季孝达于1963年获得中国科学技术大学数学力学专业理学学士学位,随后进入中国科学院数学研究所攻读硕士和博士学位。
在攻读博士学位期间,他致力于研究非线性泛函分析和微分方程。
经过多年的努力,季孝达于1983年取得博士学位,并成为中国科学院数学研究所的研究员。
在接下来的几十年里,季孝达一直从事数学物理方程的研究,积极探索了非线性泛函分析、微分方程和偏微分方程等领域。
他提出了一系列重要的数学模型和方程,并发展了许多有效的数值计算方法和分析技术。
季孝达的研究成果研究成果一:非线性泛函分析季孝达在非线性泛函分析方面做出了重要贡献。
他提出了一种新的非线性泛函分析方法,称为“准紧致方法”。
该方法主要用于分析非线性算子的性质,通过引入适当的约化条件对非线性算子进行压缩,从而得到系统的存在性和唯一性结果。
研究成果二:Hamilton-Jacobi方程在Hamilton-Jacobi方程的研究中,季孝达提出了一种新的方法,称为“几何扩散法”。
这种方法通过引入合适的扩散项,将原始的Hamilton-Jacobi方程转化为一个更容易求解的偏微分方程。
这种方法在控制论、优化问题等领域具有广泛的应用。
研究成果三:图像处理中的全变差模型季孝达在图像处理中提出了全变差模型,用于去除图像中的噪声和保持图像的边缘信息。
该模型通过最小化图像的全变差来实现去噪和边缘保持的效果。
季孝达的全变差模型在图像处理领域产生了重要影响,并成为一种常用的图像去噪方法。
结论季孝达在数学物理方程的研究中做出了卓越的贡献。
他开创性地提出了准紧致方法、几何扩散法和全变差模型等数学理论和模型,为非线性泛函分析、微分方程和图像处理等领域的发展做出了重要贡献。
一类Wick型随机混合KdV方程的精确解
一类Wick型随机混合KdV方程的精确解舒级;曾群香【摘要】First we converse the Wick-type stochastic KdV equation to a determining KdV equation with Hermite transformation,then obtain white noise functional solutions of the KdV equation by the truncation expansion method.%首先运用Hermite变换将Wick型随机KdV方程转换为确定性KdV方程,然后利用截断展开法得到方程的白噪声泛函解.【期刊名称】《四川师范大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2016(039)006【总页数】4页(P821-824)【关键词】白噪声泛函解;Wick型随机混合KdV方程;截断展开法;Hermite变换【作者】舒级;曾群香【作者单位】四川师范大学数学与软件科学学院, 四川成都 610066;四川师范大学数学与软件科学学院, 四川成都 610066【正文语种】中文【中图分类】O175.29J. S. Russell[1]在“论波动”为题所做的报告中谈到:“沿着狭窄的河道迅速前进着,突然停下来了,河道内被船体带动的水团并不停止,它们积聚在船头周围剧烈的扰动着,然后形成了一个滚圆而又平滑、轮廊分明的巨大孤立波峰”,他把此种水波称为孤立波.荷兰著名数学家D. J. Korteweg等[2]建立了浅水波运动方程,其一般形式可写为ut±6uux+uxxx=0,称为Korteweg-de Vries(KdV)方程,随后利用行波变换求出了与J. S. Russell所发现的孤立波现象一致的、具有形状不变的脉冲状孤立波解.此种解与C. S. Gardner 等[3]利用反散射方法求出KdV的孤子解一致.美国应用数学家N. J. Zabusky等[4]数值模拟了孤立波相撞过程,得到了孤立波在碰撞后仍然保持其波形和速度不变或者只有微弱变化的性质.这种性质与物理中粒子的性质类似,因此把此种孤立波称为孤立子.此后科学家对孤立子的研究兴趣和热情便一发不可收拾.迄今为止,在许多科学领域都发现了孤立子运动形态,如神经细胞轴突上传导的冲动、流体中的漩涡、晶体的错位、木星上的红斑、等离子体中的声波和电磁波、激光在介质中的自聚焦等.在数学上,孤立子理论[5]的进展体现在发现了一大批具有孤立子解的非线性偏微分方程,并且逐渐形成了较为系统的数学物理的偏微分方程与孤子理论.随机偏微分方程类似于一般的随机微分方程,其本质上是带有随机项和随机系数的偏微分方程.随机微分方程在量子场论、统计力学、金融数学中有着广泛的应用.更有意思的是,由于加入了随机项,因此求出的精确解并不是通常意义下的精确解[6-15],而是带有白噪声的泛函解,也就是带随机项的解.M. Waditi[16]通过反散射方法求出了非线性随机KdV方程的精确解,进而提出带随机扰动项的理论基础.H. Holden等[17]把白噪声分析法引进方程,提出了Wick 型随机偏微分方程.由于在实际问题中,带随机扰动的方程更有意义,因此越来越多的学者开始研究随机偏微分方程.B. Chen等[18]研究了随机mKP方程,H. Kim等[19]研究了变系数的广义随机Boussinesq方程组及随机KP方程.本文将运用Hermite变换和截断展开法研究如下Wick-型随机混合KdV方程A1(t)◇U(t,x)◇Ux(t,x)+A2(t)◇U◇2(t,x)◇Ux(t,x)+B(t)◇Uxxx(t,x)=0,其中,◇是Kondratiev分布空间(S)-1上的Wick乘积,A0(t)、A1(t)、A2(t)和B(t)是定义在(S)-1上的白噪声泛函,且A0(t),A1(t),A2(t)和B(t)≠0.对于随机偏微分方程其中,P为给定函数,U=U(t,x,ω)是未知的随机过程,x=(x1,x2,…,xd)∈Rd,算子).设方程(2)的Wick积具有如下形式然后,通过Hermite变换将方程(3)的Wick积变为普通乘积其中是U的Hermite变换,z1,z2,…为复数.如果能够找到方程(4)的一个解u=u(t,x,z),对某些q和R有Kq(R)={z=(z1,z2,…)∈CN,成立,则在一定条件之下,通过Hermite变换的逆变换,就能得出方程(3)的一个解U,这一过程可以通过下述定理来实现.定理 2.1 假定u(t,x,z)为方程(4)的一个解,其中(t,x)为某个G⊂R×Rd的有界开集元素,对于某些q和R有z∈Kq(R)成立.此外,假定u(t,x,z)以及方程中所有u(t,x,z)的偏导对于(t,x,z)∈G×Kq(R)是有界的,对z∈Kq(R)关于(t,x)∈G是连续的,对(t,x)∈G 关于z∈Kq(R)是解析的.由文献[20]知,则存在U(t,x)∈(S)-1对所有的(t,x,z)∈G×Kq(R)使得从而可以在(S)-1中用U(t,x)解方程(3)(在(S)-1中是强指向的).截断展开法主要用来求解类孤子解,其基本步骤如下.1) 为了得到非线性偏微分方程的类孤子解,假定方程(5)的解的形式可表示成如下的截断展开形式其中,An(t)(0≤n≤N)、f(t)和g(t)是一些待定函数;2) 根据领头项分析,确定N的取值;3) 求出ut、ux、uxxx,并将它们代入原方程,得到关于F的线性方程组.由于Fi(i=0,1,2,3,4)线性无关,令其前面的系数为零,得到非线性微分方程组,解方程组可以求出A0、A1、f(t)和g(t).性质 3.1 u(x,t)可以分别用双曲函数等的多项式表示.证明因为有所以上述性质成立.对于Wick型随机混合KdV方程(1),通过Hermite变换可将方程中的Wick乘积化为普通乘积A1(t,z)U(t,x,z)Ux(t,x,z)+A2(t,z)U2(t,x,z)Ux(t,x,z)+B(t,z)Uxxx(t,x,z)=0.为了简便,记Ux(t,x,z)=ux(t,x,z), A1(t,z)=α1(t,z),U(t,x,z)=u(t,x,z), A2(t,z)=α2(t,z),B(t,z)=β(t,z), Uxxx(t,x,z)=uxxx(t,x,z),则方程(8)记为α1(t,z)u(t,x,z)ux(t,x,z)+α2(t,z)u2(t,x,z)ux(t,x,z)+β(t,z)uxxx(t,x,z)=0.对方程(9)进行领头项分析可知N=1,因此方程具有如下行波解其中A0(t,z)和A1(t,z)待定.根据(10)式可得:A1(t,x,z)(F2-F)ξt,ux(x,t,z)=A1(t,z)(F2-F)ξx,uxxx(x,t,z)=将(11)~(13)式代入方程(9),比较F前各个幂项前的系数得到:F1:A1t-A1tξt-α0A1ξx-α1A0A1ξx-从(14)、(15)和(18)式可求出:A1(t,z)=C2(z),其中,C1(z)和C2(z)是关于z的白噪声泛函.由(16)式得到比较(21)式和有:gt,z=-α0ξx-α1A0ξx-解(22)和(23)式得到:g(t,z)=C4(z)t,其中,C3(z)和C4(z)为白噪声泛函.将(24)和(25)式代入方程(22)和(23),经计算后发现自动成立,说明该设定的截断展开是自恰的,并考虑到关系将(19)、(20)、(24)和(25)式代入(10)式,得到混合KdV方程的类孤子解其中C5(z)和C6(z)为白噪声泛函,ξ=C3(z)x+C4(z)t.对精确解进行模拟,得到随机混合KdV方程的双曲正切函数,通过代入法验证了(27)式是方程(9)的解.为了得到方程(1)的随机精确解,需要给出如下条件.假设(x,t)为属于一个有界开集G⊂R+×R的元素,对于某些q>0,r>0的所有z∈Kq(r),使得A0(t,x)、A1(t,x)、A2(t,x)和B(t,x)满足u(t,x,z)在方程(1)中所有的偏导对(t,x,z)∈G×Kq(r)一致有界,并且对所有的z∈Kq(r)关于(t,x)∈G是连续的,对所有(t,x)∈G关于z∈Kq(r)是解析的.由此条件以及定理2.1可知:存在U(t,x)∈(S)-1,使得对于所有的(t,x,z)∈G×Kq(r)有令U(t,x)是u(t,x,z)的Hermite逆变换,则由方程(9)的解(27)式可得到方程(1)的白噪声泛函解其中ξ=C3(z)◇x+C4(z)◇t.收稿日期:2016-08-15基金项目:四川省教育厅重点科研项目(14ZB0065)基金和四川省科技厅基金项目(K33)*通信作者简介:莫智文(1962—),男,教授,主要从事人工智能、模糊语言、粗糙集和量子信息处理的研究,E-mail:****************【相关文献】[1] RUSSELL J S. 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广义Hirota-Satsuma偶合KdV方程的四孤子解
广义Hirota-Satsuma偶合KdV方程的四孤子解
范筑军;伍小明
【期刊名称】《中山大学学报(自然科学版)》
【年(卷),期】2000(039)004
【摘要】无
【总页数】1页(P15)
【作者】范筑军;伍小明
【作者单位】无
【正文语种】中文
【相关文献】
1.(2+1)维广义5阶KdV方程N-孤子解 [J], 孙福伟;高伟
2.广义耦合Hirota-Satsuma KdV方程组的对称约化和精确解 [J], 李宁;刘希强
3.广义Hirota-Satsuma耦合KdV方程的对称及应用 [J], 康周正;任文秀;王善微
4.试探函数法与广义变系数五阶KdV方程的类孤子解 [J], 李宁;套格图桑
5.广义Hirota-Satsuma耦合KdV方程的精确解 [J], 刘倩;周钰谦;刘合春
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与二阶多项式等谱问题相联系的方程簇的Hirota双线性型
与二阶多项式等谱问题相联系的方程簇的Hirota双线性型杨志林
【期刊名称】《大学数学》
【年(卷),期】2002(018)005
【摘要】利用Hirota方法可直接求出非线性发展方程的孤立子解,此方法首要是通过一个变换将非线性发展方程约化为新的方程,即所谓的Hirota双线性型.本文对可积方程簇给出此Hirota双线性型,从而该方程簇的孤立子解是可以求出的.
【总页数】4页(P54-57)
【作者】杨志林
【作者单位】合肥工业大学,理学院,安徽,合肥,230009
【正文语种】中文
【中图分类】O1
【相关文献】
1.与二阶多项式等谱问题相联系方程的Painlevé分析 [J], 杨志林
2.一个能量与位势相依的二阶谱问题及其相关的发展方程族 [J], 张瑞君;刘亚峰
3.一个能量与位势相依的二阶谱问题及其相关的发展方程族 [J], 张瑞君;刘亚峰;
4.基于Bell多项式求解非线性发展方程Hirota双线性形式的新算法 [J], 杨云青; 陈勇
5.Hirota方程的二阶怪波解及其传输特点 [J], 李淑青;常锋;郭尊光;刘阳
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多布诺沃里斯基公式
多布诺沃里斯基公式
多布诺沃里斯基公式是电磁学中的重要公式之一,它描述了电荷在空间内产生的电场与磁场之间的关系。
该公式由法国物理学家安德烈-玛丽-安普尔-多布诺沃里斯基于19世纪末提出,被称为“多布诺沃里斯基定理”。
多布诺沃里斯基公式的形式为:$
abla times mathbf{E} = -frac{partial mathbf{B}}{partial t}$,其中$
abla times mathbf{E}$表示电场的旋度,$mathbf{B}$表示磁感应强度,$frac{partial mathbf{B}}{partial t}$表示磁场的时间变化率的负数。
公式的物理意义是,当电荷在空间内移动或者发生变化时,会产生电场和磁场。
电场的旋度等于磁场的时间变化率的负数,即磁场的变化率越大,电场的旋度越大。
这种相互作用是电磁波传播的基础,也是电磁感应现象的原理。
多布诺沃里斯基公式的应用范围非常广泛,涉及到电磁学、电子学、天文学等领域。
在电磁波传播、电磁感应、电动力学等方面都有重要的应用,是现代物理学中不可或缺的一部分。
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1999, V.6, N 3, 255–262.
Letter
Coupled KdV Equations of Hirota-Satsuma Type
S.Yu. SAKOVICH Institute of Physics, National Academy of Sciences, P.O. 72, Minsk, Belarus E-mail: sakovich@dragon.bas-net.by
Coupled KdV Equations of Hirota-Satsuma Type
257
2
2.1
Singularity analysis
Generic branches
Leading exponents
2.1.1
Starting the Weiss-Kruskal algorithm, we determine that a hypersurface φ(x, t) = 0 is non-characteristic [3] for the system (1) if φx = 0; without loss of generality we take φx = 1, which simplifies computations and excludes characteristic singularity manifolds from our consideration. Since (1) is a normal system [3], its general solution must contain six arbitrary functions of one variable. The substitution of u = u0 (t)φα + · · · + ur (t)φr+α + · · · , v = v0 (t)φβ + · · · + vr (t)φr+β + · · · (4)
vt = vxxx − 6uvx , vt = 4vxxx − 6vux − 12uvx ,
vt = uxxx − 5vxxx − 12uux + 12vux + 6uvx + 18vvx , ut = uxxx + 9vxxx − 12uux − 18vux − 18uvx + 108vvx , vt = uxxx − 11vxxx − 12uux + 12vux + 42uvx + 18vvx , vt = vxxx − 12uvx , vt = vxxx − 6vux − 6uvx , vt = −2vxxx + 12vux + 12uvx , vt = kuxxx + vxxx − 12vux − 12uvx , k = 0, 1. ut = uxxx − 12uux , ut = uxxx − 12uux , ut = uxxx − 12uux , ut = uxxx − 12uux ,
with u0 v0 = 0 into the system (1) determines branches (i.e. the sets of admissible α, β , u0 and v0 ) and positions r of resonances for those branches. We require that the system (1) admits at least one singular generic branch, where α < 0 or β < 0, the number of resonances is six, and r ≥ 0 for five of them. This requirement seems to be more restrictive than the Painlev´ e property itself, therefore some coupled KdV equations possessing the Painlev´ e property may be missed. Throughout Section 2.1, we analyze only the singular generic branches; all other branches are considered in Section 2.2. Since the number of resonances is to be six, the set of leading terms of (1) must include uxxx and vxxx , and the admissible values of α and β are as follow, depending on which of the other terms of (1) are leading and which of the coefficients are zero: • α = −4 and β = −6; • α = −2 and β is arbitrary; • and the same with α ⇄ β , which can be omitted due to (3).
Copyright c 1999 by S.Yu. Sakovich
256
S.Yu. Sakovich
where y1 , y2 , y3 , y4 and y5 are constants, y1 y4 = y2 y3 , and y5 = 0. At every stage of our analysis, we use the transformation (3) in order to simplify the system (1) as far as possible. We perform the singularity analysis of the class (1) in accordance with the WeissKruskal algorithm, which is based on the Weiss-Tabor-Carnevale singular expansions [4], Ward’s requirement not to analyze solutions at their characteristics [5], Kruskal’s simplifying representation of singularity manifolds [6], and which follows step by step the Ablowitz-Ramani-Segur algorithm for ordinary differential equations [7]. Since the WeissKruskal algorithm is well known and widely used, we omit all unessential details of our computations. It should be stressed, however, that the Weiss-Kruskal algorithm checks only necessary conditions for an equation to possess the Painlev´ e property. Moreover, as explained in Sections 2.1.1 and 2.1.4, our analysis could miss some systems with the Painlev´ e property. For these reasons, our work does not claim to be a “Painlev´ e classification”, and we prefer to think that it is simply a search for those systems (1) whose analytic properties are similar to such of the Hirota-Satsuma system [8] studied in [9]. In Section 2, we study the analytic properties of the systems (1) and find, up to arbitrary transformations (3), the following nine coupled KdV equations of Hirota-Satsuma type: ut = uxxx − 12uux + 24kvvx , ut = uxxx − 12uux , ut = uxxx − 12uux , vt = −2vxxx + 12uvx , k = −1, 0, 1, (i) (ii) (iii) (iv)
ut = uxxx − 9vxxx − 12uux + 18vux + 18uvx ,
(v) (vi) (vii) (viii) (ix)
In Section 3, we find transformations between some of the systems (i)–(ix), and then prove the integrability of (i)–(ix) except (v) by direct construction of Lax pairs. In Section 4, we compare our results with the results of Karasu [1] and give some unsolved problems.
1
Introduction