数学物理方法第二次作业答案

第七章数学物理定解问题

1.研究均匀杆得纵振动。已知端就是自由得,则该端得边界条件为__。

2.研究细杆得热传导,若细杆得端保持绝热,则该端得边界条件为。

3.弹性杆原长为,一端固定,另一端被拉离平衡位置而静止,放手任其振动,将其平衡位置选在轴上,则其边界条件为。

4.一根长为得均匀弦,两端与固定,弦中张力为。在点,以横向力拉弦,达到稳定后放手任其振动,该定解问题得边界条件为___f(0)=0,f(l)=0; _____。

5、下列方程就是波动方程得就是 D 。

A ;

B ;

C ;

D 。

6、泛定方程要构成定解问题,则应有得初始条件个数为 B 。

A 1个;

B 2个;

C 3个;

D 4个。

7.“一根长为两端固定得弦,用手把它得中

点朝横向拨开距离,(如图〈1〉所示)然后放

手任其振动。”该物理问题得初始条件为( D

A. B.

C. D.

8.“线密度为,长为l得均匀弦,两端固定,开始时静止,后由于在点受谐变力得作用而振动。”则该

定解问题为( B )。

A.

B.

C.

D.

9.线密度为长为得均匀弦,两端固定,用细棒敲击弦得处,敲击力得冲量为I,然后弦作横振动。该

定解问题为:( B )。

A. B.

C. D.

10.下面不就是定解问题适定性条件得( D )。

A.有解

B.解就是唯一得

C.解就是稳定得

D.解就是连续得

11、名词解释:定解问题;边界条件

答:定解问题由数学物理方程与定解条件组成,定解条件包括初值条件、边界条件与连接条件。

研究具体得物理系统,还必须考虑研究对象所处得特定“环境”,而周围花牛得影响常体现为边界上得物理状况,即边界条件,常见得线性边界条件,数学上分为三类:第一类边界条件,直接规定了所研究得物理量在边界上得数值;第二类边界条件,规定了所研究得物理量在边界外法线方向上方向导数得数值;第三类边界条件,规定了所研究得物理量以及其外法向导数得线性组合在边界上得数值。用表示边界即

(1)第一类边界条件:直接规定了所研究得物理量在边界上得数值,

,代表边界

(2)第二类边界条件:规定了所研究得物理量在边界外法线方向上方向导数在边界眩得数值,

(3)第三类边界条件:规定了所研究得物理量及其外法向导数得线性组合在边界上得数值,

第八章分离变数(傅里叶级数)法

1.用分离变数法求定解问题得解,其中为得已知函数。

解:令

设

2.用分离变数法求定解问题得解,其中为常数。

解:以分离变数形式得试探解

代入泛定方程与边界条件,得

,

;;

本征值: ;本征函数:

将代入,得

其通解为

本征解为:

一般解为:

3.求定解问题得解

解:令

⇒

⇒

,

4.求定解问题得解,其中为常数。

解:设

令

所求得定解问题得解为 22221()210022

01()22(,)(1)sin 1()2n a t n l n n x u l u x t u x e l

n πππ+∞-+=+=+-+∑ 5.求定解问题得解,其中、、均为常数。

答

设

所求得定解问题得解为:

第十章球函数

1.当时,函数以为基本函数族得广义傅里叶级数展开为

2.已知、、,则以为基本函数族得广义傅里叶级数为( D )、

A. B.

C. D.以上都不对

3.在球得内部求解,使满足边界条件。已知,,

解定解问题为:

这就是一个关于极轴对称得拉氏方程得定解问题

当有限

所求得定解问题得解为

4.半径为得球形区域外部没有电荷,球面上得电势为,为常数,求球形区域外部得电势分布。已知,,,。

解:

有限

5.在本来就是匀强得静电场中放置导体球,球得半径为,求球外静电场得电势。(已知,)。

解:

如图所示,建立坐标系,则定解问题为:

当

6.在点电荷得电场中放置一个接地导体球,球得半径为,球心与点电荷相距。求球外静电场得电势。

解:选择球心为球坐标系得极点,极轴通过点电荷,则极轴就是对称轴,问题与无关;

又设导体球接地,所以导体球内电势为0,即,;

在球外,(除点电荷处)任意点得电势就是点电荷产生得电势与导体球感应电荷产生得电势得叠加。

因静电感应电荷只在球面上,故由它在球外所产生得电势满足拉普拉斯方程。于就是定解问题为,

(1)

因为,,

所以, (2)

在轴对称情况下,方程(1)得一般解为,

考虑到(2)得无限远边界条件,应舍弃项,

(3)

以(3)代入(2)得球面边界条件,

引用母函数

比较两边得广义傅里叶系数,得

(4)

在解(4)中,第二项,相当于像电荷产生得电势,这像电荷处在球内极轴上,带电量为。