一类充分非线性方程的精确解
非线性发展方程的精确解
其 中 a( =1 … , ,n i , )6 ≠0是待 定 常数 。 由() () l 一
() 5
,
㈦ = =() 一 罟 ()(() )2 )2罟, 一 一 ( 。 ) = = 罟 +( () ( 3/ )=6 )8 )2, 罟 2 )2罟) 一( 4 ( = ( + ( 罟 — 罟 一z  ̄
K K方 程 B
/ +“ z + 心 + 黝 =0 d , “ +a 盯 £ () 1
其 中参 数 a 』, 都 为常数 。K K 方程 包含 了许 多著 名 的方 程 , , 9 B
() T i当 =0时 , 可得到 Kd -ugr方 程 V B res
“ f + Z U + 口“ C
2 [)开求 K 方 . 法解B 程 用 展 K
对 方程 ( ) 行波 变换 1作
毒= + c 、 t
令 ( , ) t =U( , )则方 程 ( ) 1 可化作
c U + + aU + L + 7U ()=0
() 2
两 边 积分 可得
c ,+ 己 u + 口己 + , + rU"一 B = 0,
U2 _ 2
,
-
印一 寸 , ,
,
G
一
/a n - /
()+, 罟 . . ・ () . 罟 +. . , ( +・ ) . . ,
乜
㈦
L = 77 1( 2a ( ) + 一zz ) ( + + ) 专 …, 『 _
平 衡方 程 () 3 中 和 U 可确定 =3 , 。所 以可 以设 K K方 程 的解 为 B
频散 的 系统 , 即便 有 较大 的 R y od 数 , 不一 定 足 以产 生不 规则 的湍 流运 动 , 须考 虑 流动 的不 稳 定 性[ 因 e n ls 也 必 ,
带复常数的akns方程组的精确解
带复常数的akns方程组的精确解带复常数的AKNS方程组是一类常见的非线性偏微分方程组,在计算物理学和数学物理学等领域中有重要的应用。
对于这类方程组,已经产生了许多研究和应用的成果,其精确解也已经被广泛讨论和研究。
本文将重点介绍带复常数的AKNS方程组的精确解。
一、AKNS方程组AKNS方程组是指下面的形式的非线性偏微分方程组:$$ i\partial_tq_j+\partial_{x_x}q_j+Aq_j+Bq_{j}^\ast+\sum_{k=1}^{ n}\phi_{jk}(q_k,q_{k}^\ast)=0, \quad j=1,\ldots,n. $$其中,$q_j(x,t)$是复函数,$A$,$B$和$\phi_{jk}(q_k,q_{k}^\ast)$是已知的复数常量。
$\partial_t$和$\partial_{x_x}$分别表示对时间和空间坐标求偏导。
AKNS方程组的精确解对于理解其物理和数学特性以及在实际应用中的运用具有重要的意义。
二、带复常数的AKNS方程组的精确解带复常数的AKNS方程组的精确解旨在求出一组时间和空间变量的解函数${q_j(x,t)}$,它们是完全由已知的初始条件${q_j(x,t_0)}$,其中$t_0$是初始时刻,和已知的参数$A,B,\phi_{jk}$,以及一些其他限制条件来确定的。
在文献中已经对带复常数的AKNS方程组的精确解进行了大量的研究。
在这里,我们仅介绍其中的一种求解方法,即Lax对角化方法。
Lax对角化方法的基本思路是将AKNS方程组转化为一个惯量系数为常数的线性偏微分方程组,然后应用已知的线性偏微分方程的解法来求解。
具体来说,我们可以通过引入一个有效的变换$U(x,t)$,解出矩阵微分方程组$\partial_t U=LU$,其中$L$是一个常数矩阵,且$U(x,t)$和$L$的形式取决于$A,B,\phi_{jk}$。
通过适当选择$U(x,t)$和$L$,可以确保矩阵微分方程组的解构成的矩阵$M(x,t)$满足下列关系:$$ M(x,t)^{-1}(\partial_x+L)M(x,t)=\text{diag}(\lambda_1,\ldots ,\lambda_n), $$其中,$\lambda_1,\ldots,\lambda_n$都是已知的复数。
kdv方程精确解
kdv方程精确解
kdv方程是一种具有非线性和非局域性质的偏微分方程,它在许多物理和数学领域中都具有重要的应用。
近年来,人们对kdv方程的精确解进行了广泛的研究,取得了一系列重要的成果。
在研究kdv方程的精确解时,人们主要采用了一些经典的数学工具和方法,如反射变换、Lax对、Darboux变换、Bcklund变换等。
通过这些方法,人们得到了kdv方程的很多精确解,包括孤子解、多孤子解、非定常解等。
其中,孤子解是kdv方程中最为重要的一类精确解,它具有非线性可积性、非局域性和稳定性等重要性质。
人们通过对孤子解的研究,发现了kdv方程中许多有趣的现象,如孤子的相互作用、散射等。
除了孤子解外,人们还研究了kdv方程的其他精确解。
例如,多孤子解是由多个孤子解叠加而成的解,具有更为复杂的结构和性质;非定常解是kdv方程中的另一类重要解,它可以描述一些非平稳的物理现象。
总之,kdv方程的精确解研究不仅具有重要的理论意义,还具有广泛的应用价值。
未来,我们可以继续深入研究kdv方程的精确解,探索更多的新现象和新应用。
- 1 -。
一类非线性发展方程的显式精确解
步骤 3 把式 ( ) 5 代入方程 ( ) 4 并考虑一数 的项 ,并 令 G( ‘ )的各 次 系数 为零 , 到关 于 口( 得 i=0 1 ,,
2 … ,)A c , / , , 的非线性代数方程组。 7 ,
线性发展方程新 的显式精确解 , 中包括一般 形式的行波解、 其 扭状正则孤 立波解和奇异孤立波
解。
关键 词 : 1G 一 开法 ; (/ )展 齐次平衡 原 则 ; 波解 ; 立波 解 行 孤
中图分类 号 : 1 5 2 0 7 . 文献标 识码 : A
孤立 波作 为非 线 性科 学 中的一 类 重 要 的物 理 现象 , 长期 以来 成 为众 多 学 者研 究 的热 点 问题 , 而
文章编号
10 5 6 (0 0 0 0 1 0 0 0- 29 2 1 )6— 0 4— 4
一
类非 线性 发展 方程 的显 式精 确解
陈 自高 , 张愿章
( 华北水利水 电学院 数学与信息科学学院 , 河南 郑州 4 0 1 ) 50 1
摘
要: 应用 (/ - 开法 , 1G) 展 并借助 于计算机 系统 Ma e ae 齐次平 衡 原则 , 得 了一 类 非 t m ta和 h i 获
步骤 4 解 上 述 代 数 方 程组 , 所 得 结 果 以 及 式 将 () 6 的通解
1 (/ 1 G)一 开 法 展
假 设给定 一个 ( 1+1 维非 线性偏 微分方 程 ) F( , , , , )=0 , “,缸 … () 2 式中, F是关 于 = ( £ , )和它 的各 阶导 数 的多
寻找非线性发展方程 的各种精巧求解方法则更成 为非线性发展方程领域的研究热点之一 。近年来 , 多 种获取非 线性 数 学 物理 方 程精 确 解 的方 法 陆 续 被 提出 , 齐 次 平 衡 法 … , 曲正 切 函数 法 [ , 如 双 2 试 ] 探 函数法 Js ecs e ,i 。oi 法 , cb 椭 圆函数展 开 n n ]J o i a 法 鲥, , F展开法 - 等。最近 , Wagm等创立 ’9 由 n[ 了 ( / ) 展开法 , G 一 并成 功应用于求解非线性 发 展方 程 l 孤 立 波 解 。受 益 于 Wag等 创 立 的 的 n
一类非线性波动方程新的精确孤立波解
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第 2期
蔡 红 颖 , : 类 非 线 性 波 动 方 程 新 的 精 确 孤 立 波 解 等 一 ( )= f + 0f + b g, 1 。
,
5 7 () 7
其 中 。 , -b 。 。 , 是 待定 常数 . ( ) 代 入 ( ) , 利用 ( ) ( ) , 同指 数 函 数 的系数 为 0 可 得 到 这 些 待 定 常 数 所 满 足 将 7式 3式 并 5 ,6 式 令 的 非线 性 代数 方 程组 为
种 方 法 的基 本 原理 是 利 用非 线性 波 方程孤 立波 解 的局部 特 点 , 方 程 的孤 立波 解表 示为双 曲 函数 的 多项 式 , 而将 非 线性 将 从
波 动 方程 的求 解 问题 转化 为 非 线性代 数 方程 组 的求 解 问题 . 关 键 词 : 曲 函 数 方 法 ; 线 性 波 动 方 程 ; 确 孤 立 波 解 双 非 精
u + ( + 6 + c = 0 m u u () 1
的 3组 显式 行波 解 . 近 笔者 利 用 双曲正 切 和正 割 函数 方法 】 比文献 【 ] 简便 地 得 到 了相 应结 果 ” 利用 双曲 函数 方 最 , 6 更 叫; 法 进 一步 研究 方程 ( ) 得 到 了更 多新 的精 确行 波 解 . 中 可看到 此 方法 得到 的 解 比文 献 [ l]要 丰富得 多 . 1, 从 6,0
2O O 2年 6月
J n. 0 2 u 2 0
文 章 编 号 :0 7—2 8 ( 0 2 0 10 9 5 2 0 )2—0 5 0 6—0 3
一
类 非 线 性 波 动 方 程 新 的 精 确 孤 立 波 解
蔡 红 颖 郭 冠 平 ,
利用Adomian分解方法求一类非线性Schr6dinger方程的精确解
方法的数值例子 , 以验 证 该 方 法 的有 效 性 . 关键词 : o a Ad mi n分 解 法 ;c rdn e 方 程 ; 确 解 Sho ig r 精
中图 分 类 号 :O1 5 2 7.9 MS 0 0:3 J 0 C2 0 51 文 献 标 志 码 :A
0 引 言
级数分量和的形式, 一 ∑ “. 即“ 并在一个递推关系的帮助下, 分别求解每一个递推方程, 独立计算 , 这 些解 分量 之 和 以任 意 的高 精度 逼 近真 解 , 而得 到 原方 程 高精 度 的逼 近解 甚 至 精 让 从
收 稿 日期 :0 70—8 2 0 —91
即
“一 _( 厂 )一 L Ru— L—Nu.
() 5
其中 _ . 厂z ( )一 + L g, 且 满 足 L 一 0 对 应 于初 始 条 件. , 标准 的 Ad mi o a n分解方 法 把解 U分 解 为无 穷级 数 的形 式
U
一 ∑ U 厶 n ・ .
作者简介 : 金 怡 (9 3 )女 , 江 杭 州 人 , 用 数 学 硕 士研 究生 , 18 一 , 浙 应 主要 从 事 计 算 数 学 方 面 的 研 究
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第 4期
确解 .
金
怡 , : 用 Ad mi 等 利 o a n分解 方 法求 一类 非 线性 S h 6 ig r c rdn e 方程 的精 确解
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第 7卷 第 4期
2O O 8年 7月
杭 州师 范大 学学 报 ( 自然科 学版 )
J u n l f a g h uN r l n e s y N trl ce c dt n o ra o n z o oma U i ri ( aua S in e E io ) H v t i
一类非线性偏微分方程的改进的Jacobi椭圆函数精确解
1 方 法 简述
为了 方便应 用 本文 中提 出的改进 方 法 , 面列 出主要求解 步 骤 : 下
步骤 1 对 给定 的非 线性 偏微 分方 程 ( 不妨 假设 仅含有 两 个变 量 z, £ )
F( t ,‘, 矗, , , )= 0 ,‘ z U 口 扛 … f , () 1
方程( E) NE s的精确 解 尤其是 孤 立子 解起 的重 要作 用 引起 了越来 越 多 学 者 的兴 趣 . 近年来 , 多 数学 家 许 和 物理 学家 经过 不 懈 努 力 , 现 了孤 立 子 理 论 中蕴 藏 着 一 系 列 构 造 精 确 解 的有 效 方 法 , 反 散 射 方 发 如 法 Biku d变 换 、 ro x变 换[ 、 rt 换 。齐 次 平 衡 法[ P ilv 析[ T n u、 ̄ ln c Dab u 3 Hi a变 ‘、 ] o 、 a ee分 、 ah方 法 及 n 推 广 的 Ta h方法 等[ 1 . n 7 0 随着各 种方 法 的出 现 , 多新 的 、 有重 要 物理 意义 的解 不断被 发现 和应用 . -] 许 具 最 近 , i hk o等人 提 出 了 Jcb 椭 圆函数展 开法 , 功地 求 出 了一大 类非线 性 演化方 程的一 系 LuS iu ao i 成
方程 ( ) 如下 形式 的解 : 5有
~ +l^十 s Jl n ‰.
所求 得 的 A、 、。 a a 和 。的值代 入 ( ) , 得如 下精 确解 : 6中 可
第 一组解 :
㈤
根据前 述 步骤 3 5将 () 入 () , - , 6代 5 中 得到 一个 关 于 D‘A (=O 1 .) .( , ,. 的代 数方 程 ( ) 收集 关 S ・ 组 . 于 n A (=O1 .) 同幂 次项 , s( f , ’. 的 ・ 并且 令 它们 的 系数 为零 , 得到 一 个关 于 A、la / 、。和 a a 的超 定 非 线 性代 数方 程组 . 使用 Ma l软 件包 “ h res求 解上 面 的超 定代 数方 程组 , pe C ast” 可得 A、。a 、。和 a 。的值. 将
辅助方程法及一些非线性发展方程(组)的精确解
辅助方程法及一些非线性发展方程(组)的精确解辅助方程法及一些非线性发展方程(组)的精确解引言:非线性发展方程是描述自然界中许多现象的重要数学工具,在物理学、化学、生物学等领域都有广泛应用。
非线性发展方程具有非常复杂的性质,不同的方程可能需要不同的求解方法。
本文将着重介绍一种常用的求解非线性发展方程的方法——辅助方程法,并给出一些具体的例子进行说明。
一、辅助方程法的基本思想辅助方程法旨在通过构造适当的辅助方程,将待求解的非线性发展方程化为线性问题或者简化为易于求解的形式。
它的基本思想是根据方程的特点选择适当的辅助方程,并通过对原方程和辅助方程进行组合和转换,得到包含待求解函数和辅助函数的新方程,从而求解出方程的精确解。
二、具体求解步骤1. 选择适当的辅助方程:在辅助方程法中,正确选择适当的辅助方程至关重要。
一般而言,辅助方程的选择应该与原方程的特点相匹配,从而利用辅助方程的性质来简化求解过程。
2. 利用辅助方程进行组合和转换:根据辅助方程的性质,我们可以通过组合和转换将待求解的非线性发展方程转化为包含待求解函数和辅助函数的方程。
通常采用代换或者变量分离等技巧,将原方程与辅助方程进行组合,从而得到新的方程。
3. 求解新的方程:根据新得到的方程,我们可以利用已有的数学工具,如常微分方程求解技巧、积分计算等方法,求解出方程中的未知函数,从而得到原方程的精确解。
三、具体例子下面我们给出两个实际的例子来说明辅助方程法的应用。
1. 非线性扩散方程考虑一维非线性扩散方程:∂u/∂t = ∂/∂x (u^2 ∂u/∂x),其中u(x, t)是待求解的函数。
首先选择辅助方程为v(x, t) = (du/dx)^2,然后利用辅助方程进行组合和转换,可以得到:∂v/∂t = 2u ∂u/∂t - 2u^2 (∂^2u/∂x^2)将辅助方程代入原方程,得到:∂v/∂t = ∂/∂x (v ∂u/∂x)接下来,我们可以将上述方程进行求解,从而得到原方程的精确解。
一类非线性方程的显示精确解
次 平衡 方法求 出了 o=1 C=0 d=一1 , , 时方 程 ( ) 1
的精确 解. 近 文 [0l]提 出 了求 非 线性 发 展 方 最 1一3 程 精确 解 的新 方 法 — — 齐 次平 衡 法 , 这 种 方 法 而
的一般 步骤如 下.
非线性 方程 的显 示精 确 解 占有 重 要 地 位 . 年来 , 近 非线性科 学引 起越来 越 多学者 的兴趣 , 于非 线性 对 发展方 程的求 精确解 问题 曾产 生 了许 多方 法 , 反 如 散射法 , it Hra方法 , o 达布 变换 法等 ¨ J很多学 者 提 。, 出许多 新 的方 法求解 非线 性 发展 方 程 , 如齐 次 平衡 法 , 曲 函数 法 ,iecs e方法 , 双 s —oi n n 试探 函数 法 , c— J o a b椭 圆 函数展 开法 等 , 关 研究 见 文 [ -] 本 文利 i 相 37 .
中图分类号 : 7 .4 0152 文献标识码 : A 文章编号 :0 189 ( 07 0 -11 3 10 —3 5 2 0 )20 3 - 0
随 着科学 技术 的发展 , 线性 科 学 在 自然 科 学 非 和社会科 学领 域 中的应用 越来 越 广 泛 . 各种 非 线 性 问题通 常是用 非线性 发展 方 程来 描 述 的 , 因而 寻 找
阶数 m 和 n .
其 中, 0>0 b>0, , d≤0为常数. 方程 ( ) 有重 要 1具
的物 理 背 景 ,囊 括 了 许 多 著 名 的 物 理 方 程 ,如 C a e — fn 方程 , 义 Fse 方程 , i h g — hf eI a e n 广 i r h F t u h z
在文 [ ]中 , 8 利用推 广 的 t h函数法 曾求 得 了 a n
一类非线性波动方程的新的精确解
G ( e ) +2 G ( ) +/ z G( ) =0
由方 程 ( 5 ) 易得 , 当 G ( ) ≠0时 ,
收稿 日期 : 2 0 1 3 . 0 1 . 0 7 基金项 目: 国家 自 然科学基金资助项 目( 1 1 1 7 1 0 4 6 , 1 1 0 6 1 0 3 9 )
形为著名 的 L a n d o u — G i n b u r g — H i g g s s 方程 一“ 工 r —m +g U =0 . 主要借助改进的( G / G) 展开法[ 1 0 ] 来求解方程( 1 ) 。首先介绍改进的( G / G) 展开法。
1 预 备 知 识
s i n e 展 开法 … 1, 齐次 平衡 法 [ 2 2, ]D a r b o u r 变 换法 [ 3 3, ]截 断 的 P a i n l e v e 展开法[ , J a c o b i 椭 圆 函数 展 开 法 [ 5, 5 ]t a n h函数
展开方法及 其推 广方法 6, 双 曲正切 函数展 开法_ 7 ] 等 。现在 应用较 为广 泛 的是 王 明亮 提 出的 ( G / G) 展开 法[ 儿 ] , 使用起来简洁 , 高效。
一类非线性偏微分方程精确解的表达
一类非线性偏微分方程精确解的表达
非线性偏微分方程是指未知函数及其偏导数之间存在非线性关系的偏
微分方程。
一类非线性偏微分方程的精确解的表达方法有很多,下面将介
绍一些常见的方法。
这些方法包括变换、相似方法、对称方法、Lax对以
及多项式解法等。
一、变换方法:
1. 美人鱼变换:美人鱼变换是一种变量变换方法,其应用于浅水波
的非线性Schrödinger方程,可将其转化为可求解的线性Schrödinger方程。
2.线性法调和推导法:对于一些非线性偏微分方程,可以通过线性法
调和推导法将它们转化为可求解的线性偏微分方程。
二、相似方法:
1.傅里叶变换法:对于满足边界条件的一类非线性偏微分方程,可以
利用傅里叶变换法求得相似解。
2.自相似解法:自相似解法适用于具有自相似性的非线性偏微分方程,可以通过变换将其转化为可求解的常微分方程。
三、对称方法:
对称方法是一种求解非线性偏微分方程的有效工具,常用的对称方法
包括对称约化、对称因子和相似对称方法。
四、Lax对:
五、多项式解法:
多项式解法是一种特殊的求解非线性偏微分方程的方法,通过假设待求解的未知函数为多项式形式,将其代入非线性偏微分方程进行求解。
以上是一些常见的非线性偏微分方程精确解的表达方法,不同的方法适用于不同类型的非线性偏微分方程,需要根据具体的问题选择合适的方法。
这些方法都是通过变换、求解辅助方程等手段,将原方程转化为可求解的形式,从而得到方程的精确解。
一类非线性薛定谔方程球面上的精确解
1 精 确 行 波解
通过 雅 可 比椭 圆函数 方法 和齐 次平 衡 原理 , 可得 到方 程 ( ) 2 的周期 波 解. 简单 起见 , 为 先考 虑二 维 空 间
的情 况. : 设
= 帅 e
:
l1 f1 t. ∈
.
() 3 1 J
其 中 P, , 是确定 的常数. 。 , P 把方 程 ( ) 3 代入方 程 ( )化 为 : 2,
关键词 : 薛定 谔 方程 ;adu Lt i L na — iht  ̄ z方程 : 可 比 椭 圆 函数 雅 中 图 分 类 号 : 4 56 0 1. 文献标识 码 : A 文 章 编 号 :07 5 4 (0 2 0 — 08 0 1 0 — 3 8 2 1 )4 0 1— 4
本 文研 究一类 非 线性薛 定谔 方程 :c ̄ ig r S h dn e 映射 方程 ( ME . 方 程是 L n a — iht( L 方 程 S ) 这类 a d u Lf i L E) s z ] 的特 殊情况 . L L E是 物 理学 上一 类重要 的非线 性方 程 , 对理解 非平 衡 的磁 学原 理起 了重要 作 用 , 同纳维 一 如
用 球极 平 面从 s投 影 到 C : 2
等 一u A +
(
( 2 )
本文 构造 方程 ( ) 2 的精 确解 . 空 间维数 n l时 , 程 ( ) 价 于简 单 Sh dn e 方程 [, 而借 助 逆散 在 = 方 2等 c 6 igr 2从 ] 射方 法 可 以给 出方程 ( ) 2 的精确 解. 而 , 然 方程 ( ) 2 的高维 情形 的求 解 并不 容 易 , 主要 在求 解 过程 中方程 ( ) 2 的一 阶导给求 解 造成很 大 障碍 ; 另外 , 程 ( ) 方 2 的分 式部 分 也给 求解 造 成 了 困难 . 于这 两个 因素使 得很 难 基 给 出方 程 ( ) 2 的精 确解 .L E在 高维 n 2非 可积 , IL ) 因此可 以通 过各 种 直接 方法 , 比如 H rt 线性 方 法 和 i a双 o 辅助 函数 方法 ] 找一些 特殊 的精确 解. , 去 本文 通过使 用广 义雅 可 比椭 圆函数方 法 l 5 得到解 的一般形 式 , 给 出非行波 解. 并
一类非线性方程新的精确孤波解
s( — t 一 等+ 1 )
i nh
(2 1)
对于(1式 , 1 ) 有
z( £ £ , 2 )=A±2
一y
! —— 一) ( 二 ) !( ,! =
s h ( 一A )+y i n t
出了 B re 方程 和 Fse 方程的一系列 的精确孤 波解 , 中有很多新 的精确 孤 波解 . ugr s i r h 其 同时这种 方法 也 适用于其他 的非线性方程 .
关 键 词 : 曲 函 数法 ;ug r方 程 ;i e 方 程 ; 确 孤 波 解 双 B res Fs r h 精
2 2 一1 b (3 " ) I+2 ( l 2/ ) 一2 l =0 a Ⅱ 一( 3 一1 b ) ay
4 1一( 3 一1 ab +2 lI+( 3 一1 by =0 口 2 " )oI ab 2 " )l
—
6 l2 一1 口 (3 " )+2 y ) ( l ( y一1 ab —2 y ( 一 nb 一3 2 ), 1 ( 一y by =0 1 )l
一
类 非 线 性 方 程 新 的精 确 孤 波 解
王军帽 , 文亮 , 张 张 苗 , 国将 , 家骅 吴 韩
( 安徽大学 物理 与材料 科学学院 , 安徽 合肥 203 ) 3 0 9
摘
要: 将双 曲函数法进一步推广 , 引人新 的函数变换 ,和 g, 利用 计算 机代数 系统 Ma e t a求 t mac h i
解 此方程 组 , : 有
1
当y= 1, A为任 意常数 时
二
0 = A , I = 0, b = 一 4 l
(0 1)
当y 一y ≥ 0 A为任 意常数 时 ,
几类非线性偏微分方程精确解的研究
几类非线性偏微分方程精确解的研究几类非线性偏微分方程精确解的研究摘要:非线性偏微分方程在数学和物理领域中有着广泛的应用,其求解是一个重要的研究方向。
精确解研究涉及到方法和技术,大大提高了求解的速度和精度。
本论文针对几类非线性偏微分方程进行研究,探讨其精确解。
首先,本文介绍了这些非线性偏微分方程的基本概念和性质,包括一些应用领域和模型的描述。
然后,我们提出了精确解研究的一般思路和流程,并阐述了具体实现方法。
接着,我们选择了几种典型的非线性偏微分方程,分别介绍其数学特性、求解方法、解的性质等方面,并通过实例进行验证和说明。
最后,我们评估了精确解研究的优缺点,探讨其未来发展方向。
关键词:非线性偏微分方程、精确解、方法、技术、数学特性。
正文:第一章绪论1.1 非线性偏微分方程的基本概念偏微分方程(Partial differential equation)是描述自然界中物理学、工程学、化学、社会学等学科中的数量关系的数学方法之一。
偏微分方程的解法往往是比较困难的,因此近年来许多研究者将精力集中在非线性偏微分方程的求解上。
非线性偏微分方程是指,未知函数出现在方程的高次项、积、除法、指数函数等时,即同一方程中出现有关函数和其偏导数的非线性项。
1.2 非线性偏微分方程的应用领域非线性偏微分方程的求解方法及其精度和速度在科学和工程应用中具有广泛的应用。
例如,在流体力学中,非线性偏微分方程可用于描述涡旋流、湍流、振荡流、波浪等。
在分子生物学中,非线性偏微分方程可用于描述分子扩散、蛋白质演化等。
在量子力学中,非线性偏微分方程可用于描述玻色、费米子体系等。
在统计学中,非线性偏微分方程可用于描述随机微分方程、布朗运动等。
1.3 非线性偏微分方程的模型如果要用非线性偏微分方程来描述一个现象,我们需要构造出一个非线性偏微分方程模型。
偏微分方程模型一般包含几个要素,例如:基本方程、边界条件、初始条件、材料参数等。
第二章精确解研究的一般思路和流程2.1 精确解的定义和种类精确解是指以公式的形式表示的解。
_一类非线性奇性薛定谔方程的精确解
2.1 动力系统.................................................................................................................. 4
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一类非线性偏微分方程(组)的精确解
第2 0卷第 2期 2O O2年 6月
湖北 民族学院学报( 自然科学版)
Ju a o H bi ntuef ai aie( a rl c neF io ) or l f u e Istt o N tnli N t a Si c Atn n i r o ts u e i
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2 N nierKe o l a li n n—G ro od n方 程 的 精 确 解
N nier li o l a e n K n—G ro 程 为 : odn方
1 基 本 方 法 说 明
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设其 有 行 波解 u , )= u )= u —c )其 中 c为 波速 , 方程 ( ) ( t ( ( t, 则 1 可化 为非 线 性 常微 分 方程 :
F u u , ( , u )= 0 () 2
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u
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求解一类非线性常微分方程的方法
的方 法是 有效 的. 关 键 词 : 线 性 常微 分方 程 ; 非 再生 核 ; 一近似 解 中 图分 类 号 : 4 . 02 17 文献 标 识 码 : A 文章 编 号 : 6 2 17 2 0 )2—0 1 0 17 —7 7 (0 7 0 0 6— 4
2 预备知识
这 里给 出本 文 中要 用 到 的几个 再生 核空 间. ( i ) [, 】 O I :={ ( I ( 是 [ , 】 的绝对 连续 实 函数, 戈 ∈L [, 】, 内积 定 义为 U ) U ) 0 I 上 U ( ) O I 】其
(() () 孵 (V u )x Vu ∈ ,o1. u , ) =I U + d , , ! ,】 [
1 7
3 方 程 () 转化 1的
对 于方 程 ()令 u( = )利用 条 件 u0 = 1, ) ( , ( ) 0可 以得 到下 面 的等价 方程
』 +( (t() 0 - )Ⅳ』c,引 = - ( )v ) < d 1
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其 中 Lv £丁 ( = l (, ) ) 仉( 0 5( (, ) )= 0 ) , ) 2 ) £ 丁 ( (, ・
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一类非线性演化方程的精确解
一类非线性演化方程的精确解
用不变子空间法来求一些非线性演化方程的精确解是比较简单而又有效的.本文主要研究了( 2 + 1 )-维无色散变系数Kadomtsev-Petiashili(dKP)方程的多项式解.在dKP方程维数增加一维的情况下,得到更为广泛(3 + 1 )-维dKP方程的平凡解和在超曲面上的爆破解.本文的研究结果推广了不变子空间法在高维偏微分方程解中的应用.本文的结构安排如下:第一章引言,主要介绍了用不变子空间法求精确解的研究背景,以及一些相关的预备知识.第二章,首先讲述KP方程的背景知识,最后给出(2 + 1 )-维变系数dKP方程的多项式解.第三章,首先研究(3 + 1 )-维变系数dKP方程平凡解和它在超曲面上的爆破解,再通过p(t)的取值,由定理直接给出(3 + 1 )-维KZK方程的精确解.最后一章,先总结本文,再对本文后续工作进行展望.。
一类非线性偏微分方程精确解的表达
一类非线性偏微分方程精确解的表达非线性偏微分方程是一类具有非线性特征的偏微分方程,在许多科学和工程领域中起着重要的作用。
与线性偏微分方程不同,非线性偏微分方程的解决方法更为困难,并且往往只能通过数值方法或近似解方法来求解。
然而,仍然有一些非线性偏微分方程存在着一些特殊的解,称为精确解。
精确解是指满足非线性偏微分方程的全部解析表达式。
这些精确解通常具有简洁的形式和重要的物理意义,因此对于理论研究和实际应用都具有重要的价值。
以下将介绍一些常见的非线性偏微分方程及其精确解。
1. 汉密尔顿-雅可比方程(Hamilton-Jacobi equation)汉密尔顿-雅可比方程在经典力学和量子力学中广泛应用,它的一般形式为:∂S/∂t+H(∇S,x)=0其中,S是哈密顿函数的特征函数,H是哈密顿量。
通常情况下,这个方程只能通过近似解或数值方法来求解。
但是,在一些特殊情况下,汉密尔顿-雅可比方程存在一些精确解。
例如,当哈密顿量H满足一定条件时,可以通过分离变量法或特殊变量变换得到精确解。
2. 伪线性方程(Pseudo-Linear Equation)伪线性方程是一类介于线性和非线性之间的方程,它具有其中一种线性性质但是包含了非线性项。
伪线性方程的精确解可以通过多种方法来求解,如分离变量法、变换法、叠加法等。
3. 密立根方程(Burgers' equation)密立根方程是一种具有非线性性质的守恒型方程,广泛应用于流体动力学和量子场论等领域。
它的一般形式为:∂u/∂t+u∂u/∂x=ν∂^2u/∂x^2其中,u是速度场,ν是粘性系数。
密立根方程的精确解可以通过特殊变量变换、相似变量法、分析解法等多种方法来求解。
4. 黏弹性流体方程(Viscoelastic fluid equation)黏弹性流体方程是描述黏弹性流体动力学行为的方程,具有非线性特点。
黏弹性流体方程的精确解多数情况下较为困难,通常需要通过数值方法来求解。
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江苏大学硕士学位论文一类充分非线性方程的精确解姓名:吴双军申请学位级别:硕士专业:应用数学指导教师:田立新20060401江苏大学硕士学位论文一PR:声(声一1)十6(一6+11置矽一6够2+够3)女皿P‘R4=o(3.4)解上述方程,得P∥=—鲁埘一l方程(3.1)的compacton解为如力=姻=。
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L:;图(3—5)方程(3.1)的Compcaton解图(3—6)方程(3.1)的Compcaton解平面图3.m=n≠k10mfl一2=np一2=kp一4mfl=npkp=|8k8—2=j8—2P“R2斧卢(∥一1)一anti(nil一1)e”R2+6(一6+11够一6kp2+^芦3)kC7:P‘R4=0一者P”R2∥2+册2∥2P”R2=O(3.10)丌一2甜艮靴江苏大学硕士学位论文PR2声2+bk2∥4P‘R4=O—PR2fl(fl一1)+6(4—8kp+6七b'2—2—够3)岛卯2R4=0解上述方程,得k=1口=—二1一m方程(3.1)的周期解为R=字J≠P=如力:确:』mj茄等翥兰铲南卑居例如,)=确={勺丽而再瓦菇计叩…r丁1i旷卅。
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3耍m2+乒13m+3方程(3.1)的周期解为取m=n=3图象如下图(3·9)方程(3.1)的周期解吁m-1仃[-j。
卅]:-2R:!Il(x-t)愕其他(3.13)P:坐4sO40。
O2010Lj‘图(3-10)方程(3.1)的周期解平面图3.2(1+1)维方程的muti—Compaton解用同样的方法我们可以求出方程(3.1)的muti—Compaton解1.m=”=k方程(3.1)的muti—compacton解为蚺。
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侧蚺o=确={勺面哂孬雨甭而瓦丽L0∥4‘i1]厂P卅Jl0T(4T-1)口≤等√华cx-At)<竿B柳其他取卅:2d:一16:五:1口:2R:45P:一4a)当T=O时,是单峰compacton解b)当T=O,1时,是双峰compacton解C)当T=O,1,2时,是三峰compacton解图(3-11)方程(3.1)的muff-Compcaton解≠\。
矗\覃.』图(3-i2)方程(3.1)的muff.Compeaton解平面图2.,”=|j}≠n方程(3.1)的muti—compacton解为I。
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如,)=嫦={勺鬲丽雨丽=;;鬲L舻1卜石吨协一捌l0T(4T-1)n≤警肛卅≤丁(4T+1)x(315)其他取m=k=2n=b=五=1a=一2口=4a)当T=O时,是单峰compacton解b)当T=O,1时,是双峰compacton解c)当T=O,1,2时,是三峰compacton解图(3-13)方程(3.1)的muff-Compcaton解/\“l!\fR=三8P=旦3一图(3—14)方程(3.1)的muti-Compcaton解平面图z㈨玲rI._l2m(3z-~m)(a+1)琵Co砉等胁—(4T—-I)兰—A(m—-1),/!(z—At)≤—(4T+—1)Tr2—2搠、『b。
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.1√l1图(3-16)方程(3.1)的muti—Compcaton解平面图3.3(1+1)维方程的其他形式的compacgon解及孤立波解类似地,我们可以拟设吣力=孵)={艘”:俾D。
笔鬈万(,.·,)是方程(3.1)的行波解并代入(3.2)中得到1.m=H=后方程(3.1)的compacton解为如力:硝:{d丽i丽2m而(3-m面)瓦丽蝴.--一‘丽m-1I丁J-a”q@一例如力=硝={勺丽i丽丽面瓦丽叫”‘‘j刊—了一旷删l0。
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聆。
言辟IIX“图象如下O.25入0.20.150.10.05围(3—17)方程(3.1)的Compcaton解图(3‘18)7Y程(3,1)的muti-Compeaton群半向圈2.m=k≠n1。
方程(3.1)的compacton解为如力:确_』七意罂丽茹丐啦侧如力=确={勺百丽雨丽面两跏厅1‘了IiP州Jl0。
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方程(3.1)的compacton解为躯。
:哟:{一茄鸶蔫‰葫芦字肛硎躯o=哟={勺而不荔甭丽跚∥‘‘了Ii旷删J。
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)其他3.m=”≠k1。
方程(3.1)的周期解为z酝o=妁={勺孑丽石而荔石矿FrJio一∞]蚺妁:jd茄亲象和粤屉卅0。
≤字层”邪丌(3:。
)是方程(3.1)的解并代八(32)甲得剑荚似阴群1.m=竹=k方程(3.1)的孤立波模型解为出∽叫伊m岳三磊夏杀三秘击【__m-1、『一22]2TT--am2∽加,(3.26)取聊=2口=一l6=丑=1∥=2R=鱼4尸=西4嘶)=Cosh2[牟(川)]图象如Ti.5×IO√11×J.O’'.5×io1¥X108l2.5xlo图(3-19)方程(3.1)的孤立波模型解tlt(3.20)方程(3.1)的孤立波模型解平面图2.,”=k≠咒1。
万栏(3-1)的孤立坡模型解为积D=妁=*i瓦丽黧妻;!丽co茹芦譬也。
一捌2。
方程(3.1)的孤立波模型解为如。
=∞刮茄芝蔫蒜cos奔芦竽肛捌3.m=”≠k1。
方程(3.1)的解为如f)=z约=2。
方程(3.1)的解为(3.27)(3-28)柳](3.29)图象如下u(x,r)=“(f)=Sin[-;(z—f)】3-1一三≤了3(x—D≤詈导(川卜詈≯吵詈厂0.5’1。
一5≯1享I(3—21)方程(3,1)的kinkcompacton解图(3·22)方程(3.1)的kinkcompacton解平面图2.m=k≠"1。
方程(1)的kinkcompacton解为u(x,f)=“(f)=At)1一至2茎螋4m拈b确)≤兰2V必4m以b(一北一三2(3.41)V螋4m协b确)>三2V取研=5∥=五=R=P=16=去4=一了29255江苏大学硕士学位论文fSin(x—f)u(x,f)2村(善)2{一11疗万一一≤x—f≤一22万Z一,<一一万z—f>一.{j—s。
·}I图(3.23)方程(3.1)的kinkcompacton解图(3—24)方程(3.1)的kinkcompacton解平面图2。
方程(1)的kinkcompacton解为u(x,r)=“(孝)=啬掣以∽柳】Z,卵VD一三2≤地2m肛b卅≤12V警据”小一三。
≤等层”棚>三取五…PR1m:7口:一坐6:三口:三749324(3.42)江苏大学硕士学位论文u(x,r)=“(孝)n、;一三≤(x一。
≤三Sin[(x—f)]3‘。
一1(x-t)<一三1(x-t)>詈.fO.S一6—402246-O.5f//.。
图(3—25)方程(3.1)的kinkcompact.on解图(3-26)方程(3.1)的kinkcompacton解平面图3.6(1+1)维广义充分非线性方程的peakon解对于方程(3.1),我们令“=2e一。
剖∞>o)掌=x一所代入(3.2)得c2D2五me-e“g'[一Ac2e-+=l+口2"c2开2P一删I爿+b2kc4k4e-砖同=0令指数相等对应系数为01.m=1胛=k,lc2D2^一2c2=0出1a2々2珂2+b2"c4即4=ofD=±l得{厅1【弘、/了i故方程(3.1)的peak。
n解为:材:五g—J亭÷叫取D=旯=1b=”=2口=一8则“:P+。
f图象如下(3.43)(3.44)r3.45)(3.46)—————————兰三—茎—坐塑主堂堡堕查图(3—27))rYe(3+1)的peakon解由k::2麓纛ja=1得{D厨【归孑、/了\乡图(3-28)方程(3.1)的peakon解平面图gz方程(3.1)的peak。