武汉大学数学物理方法考试习题
数学物理方法(5)答案
数学物理方法第五次作业一、单项选择题【 】1、函数()f z 以b 为中心的罗朗（Laurent ）展开的系数公式为11().2()k k f A C d i b γζζπζ+=-⎰ ()().!k k f b B C k = 1().2k f C C d i b γζζπζ=-⎰ 1!().2()k k k f D C d i b γζζπζ+=-⎰ 【 】2、本征值问题()()0,(0)0,()0X x X x X X l λ''+===的本征函数是A ．cosn x l π B ．sin n x l π C ．(21)sin 2n x l π- D ．(21)cos 2n x lπ- 【 】3、点z =∞是函数cot z 的 A. 解析点 B. 孤立奇点 C. 非孤立奇点 D. 以上都不对【 】4、可以用分离变量法求解定解问题的必要条件是A. 泛定方程和初始条件为齐次B. 泛定方程和边界条件为齐次C. 初始条件和边界条件为齐次D. 泛定方程、初始条件和边界条件为齐次【 】5、设函数()f z 在单连通区域D 内解析，C 为D 内的分段光滑曲线，端点为A 和B ，则积分()C f z dz ⎰A. 与积分路径及端点坐标有关B. 与积分路径有关，但与端点坐标无关C. 与积分路径及端点坐标无关D. 与积分路径无关，但与端点坐标有关【 】6、 条件1z <所确定的是一个A ．单连通开区域 B. 复连通开区域 C. 单连通闭区域 D. 复连通闭区域【 】7、条件210<-<z 所确定的是一个A ．单连通开区域 B. 复连通开区域 C. 单连通闭区域 D. 复连通闭区域【 】8、积分2||1cos z z z dz ==⎰A ．1B ．12-C ．12D ．0 【 】9、函数1()1f z z =-在12z +>内展成1z +的级数为 A ．102(1)n n n z ∞+=-+∑ B ．101n n z ∞+=∑ C ．10(1)2nn n z ∞+=+∑ D ．0n n z ∞=∑ 【 】10、点0z =是函数11()sin f z z -⎛⎫= ⎪⎝⎭的A. 解析点B. 孤立奇点C. 非孤立奇点D. 以上都不对二、填空题1．复数231i -的三角形式为，其指数形式为.2．复数5cos 5sin ππi +的三角形式为，其指数形式为.3.的实部u =，虚部v =，模r =，幅角θ=.4. 复数22i +-的实部=u ，虚部=v ，模=r ，幅角 =θ .5. 014=--i z 的解为.6．积分dz zz cos ==⎰1. 7. 积分⎰==++1222z z z dz . 8. 积分⎰==13cos z zdz z . 9. 积分=⎰b a dz z z 2cos .10． 积分=⎰10sin zdz z . 11.积分=⎰202sin πdz z z 12．幂级数n n n z ∑∞=121的收敛半径为. 13．幂级数∑∞=-1)1(n nn z 的收敛半径为. 14．幂级数211-1n n z n ∞=∑（）的收敛半径为.15．函数zz f -=11)(在2|1|<+z 上展成)1(+z 的泰勒级数为 . 16. 0=z 为3cos 1)(z z z f -=的.（奇点的类型，极点的阶数） 17. 0=z 为3sin )(z z z f =的.（奇点的类型，极点的阶数）。
数学物理方法复习资料及参考答案（一）
数学物理方法复习资料及参考答案（一）数学物理方法复习资料及参考答案（一）一、填空题： 1. 复数ii -+11用三角式可表示为（主辐角[)π2,0）。
2. 已知幂级数∑∞=0k kk z a 和∑∞=0k kk z b 的收敛半径分别是1R 和2R ，则幂级数()∑∞=±0k k k k z b a 的收敛半径为：。
3. 勒让德多项式()l P x 的模l N = ()0,1,2,l = 。
4. 在00=z 的邻域上，z e z f 1)(=展开的洛朗级数为：。
5. 函数2)2)(1()(--=z z z z f 的留数)1(resf ＝。
6. 求解无限长弦的自由振动，设弦的初始位移为)(x ?，初始速度为)(/x a ?-，=),(t x u 。
7. 在00=z 的邻域上，z z f sin )(=的泰勒级数为：。
8. 幂级数()∑∞=-11k k i z k的收敛圆：。
9. 数理方程中的定解条件包括三大类初始条件、和衔接条件。
10. 在本征值问题()()()'''12012--+=-1<<±1??x y xy y x y λ有限中，方程()'''1202--+=x y xy y λ称为__ _ _ __微分方程，该本征值问题的本征值λn =___ _ ，相应本征函数是y x n ()=__________，其中n=___ _ ____，该本征函数称为______ __ _，写出它的表达式(至少一种)：___________ _____。
二、简答题：1、孤立奇点分为几类？如何判别？2、简述施图姆－刘维尔本征值问题的共同性质。
三、基础题：1、计算实变函数定积分()()222294x dxI xx ∞=++?2、已知解析函数()f z 的实部233),(xy x y x u -=，0)0(=f ，求虚部和这个解析函数。
数学物理方法综合试题及答案
复变函数与积分变换综合试题(一)一、单项选择题(本大题共10小题,每小题2分，共20分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。
错选、多选或未选均无分。
1．设，则( ）A． B． C． D．2．复数的三角表示式为（）A． B．C． D．3．设C为正向圆周｜z｜=1，则积分等于（）A．0 B．2πi C．2π D．－2π4．设函数,则等于( )A． B． C． D．解答:5．是函数的（）A．3阶极点B．4阶极点C．5阶极点D．6阶极点6．下列映射中，把角形域保角映射成单位圆内部｜w｜<1的为（)A．B． C．D．7。
线性变换 ( ）A。
将上半平面>0映射为上半平面Imω>0B。
将上半平面〉0映射为单位圆｜ω|〈1C.将单位圆｜z｜〈1映射为上半平面Imω>0D.将单位圆｜z|<1映射为单位圆|ω｜<18。
若在Z平面上解析，，则=（）A。
) B。
C. D.9。
在的罗朗展开式是（）A。
B.C。
D。
10。
=（）A。
sin9 B.cos9 C.cos9 D。
sin9二、填空题（本大题共6小题，每小题2分，共12分）请在每小题的空格中填上正确答案。
错填、不填均无分。
11．方程的解为_________________________.12．幂极数的收敛半径为________________________.13．设，则Imz＝______________________。
14．设C为正向圆周|z｜=1,则=___________________________。
15．设C为正向圆周，，其中,则=___________________.16．函数在点z=0处的留数为__________________。
三、计算题(本大题共8小题，共52分）17. 计算积分的值，其中C为正向圆周｜z—1|=3.18。
函数 (n为正整数)在何处求导？并求其导数19。
第九章习题课-武汉大学数学物理方法
~ (ω ) ~ (ω ), F [ψ ( x )] = ψ ~ (ω , t ), F [ϕ ( x )] = ϕ 解 : (1) 记 F [u ( x, t )] = u ~ (ω , t ) d 2u 2 4~ + a ω u (ω , t ) = 0 (4) 2 dt 则 ~ (ω ) ~ (ω ,0 ) = ϕ u (5)
2 2 2
傅氏变换习题课
4π ⎡ 1 − μr ⎤ ⎡ 1 ⎤ 4π (μ > 0 ) 证明 : (1 ) F ⎢ ⎥ = 2 ; (2 ) F ⎢ e ⎥ = 2 2 ⎣r ⎦ ω ⎣r ⎦ ω +μ v v ∞ 4π 1 v −1 ⎡ 4 π ⎤ iω ⋅r e d ω 提示 : F ⎢ 2 ⎥ = 3 ∫ ∫ ∫− ∞ 2 ω ω (2 π ) ⎣ ⎦
4π ∞ 2π π 1 iωr cos θ 2 = e ω sin θ dθ dϕdω 3 ∫0 ∫0 ∫0 2 ω (2π ) x = cos θ 1 ∞ 1 = ∫ ∫ e iωrx dxd ω
π
0
−1
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二、有关性质及其应用
已知： ∫− ∞
∞
∞
傅氏变换习题课
求 f (x ) = ? 解:
−1
~ (ω , t )] u ( x, t ) = F −1 [u ~ (ω ) cos aω 2t ] − F −1 [ ~ (ω ) sin aω 2t ] = F −1 [ϕ ψ
−1
F e
−1
[ ]
iaω 2t
[
−1 −1 2 ( ) − F F ψ x ∗ F sin a ω t cos aω t
∫
∞
−∞
武汉大学数学物理方法考试习题
n n xm xm n 本征值：km , m 1,2, Rm (k ) J n ( ), m 1,2, a a
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三、S-L本征值问题
2、 S-L本征值问题的性质：
16.1 S-L问题
(2) m 0, m 1,2,
(3)
n (k m ) 2 0 如：
x 2 y xy [k 2 x 2
d dy m2 [(1 x 2 ) ] y l (l 1) y 0 2 dx dx 1 x d dy n 2 2 [( x ] y k 2 xy 0 n ]y 0 dx dx x
d dy [k ( x) ] q( x) y ( x) y 0, a x b (1) dx dx
b
a
( x) ym ( x) yn ( x)dx N
a
2 n mn
(见附2）
a2 2 n J n1 (kln a) ml 如： J n (km )J n (kln )d 0 2 1 b (4) f ( x) cm ym ( x) cm 2 a ( x) f ( x) ym ( x)dx Nm m 1
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第十六章 斯－刘问题
问题的引入：
d 2 dy (1 x ) y 2 xy l (l 1) y 0 [(1 x ) ] l (l 1) y 0 dx dx
2
m2 (1 x 2 ) y 2 xy [l (l 1) ]y 0 2 1 x
） 解： 1 k ( x) 1, k (0) k (l ) 1, , q( x) 0, ( x) 1;
数学物理方法习题答案.pdf
电路练习题一、选择题（第1组）1、图示电路，求i 。
A ：1/2 A B: 1/3 A C ：3/2 A D ：2/3 A2、图示电路，求u 。
A ：2VB ：4VC ：6VD ：8V3、图示单口网络，其端口VCR 关系为:A: u =5i +3 B: u =-5i +3 C ：u =-5i -3 D: u =5i-34、图示电路，求i 。
A ：2AB ：1.5AC ：1AD ：3A5、图示电路，求i 。
A ：1AB ：9/13 AC ：1/7 AD ：2/11 A6、图示电路，问R L 能获得的最大功率。
A ：1/3 W B ：2W C ：2/9 W D ：4W7、图示稳态电路，求i 。
A ：2A B ：1AC ：3AD ：1.5Ai 4ΩR L4Ω6Ω 10Ω1H108、图示稳态电路，问电容中的储能。
A ：4J B ：2JC ：8JD ：1J9、图示电路，t < 0时处于稳态, t = 0时，开关切到a ， 当t = 5s 时，u c (t )是多少？A ：6.3VB ：5VC ：2.4VD ：3.16V10、图示电路，t < 0时处于稳态，t = 0时， 开关断开，求t = 1s 时u c (t )是多少？ A ：1.47V B ：2.94V C: 5V D ：4V11、图示电路原处于稳态，在t = 0时， 开关断开，求t = 0.1s 时的电流i (t )。
A ：1A B ：0 C ：0.358A D ：0.184 A12、图示正弦稳态电路，求i (t ) 。
A ：)452cos(2°+t A B ：)452cos(2°−t A C ：)452cos(2°−t A D ：)452cos(2°+t A13、图示正弦稳态电路中，有效值： I 是10A ，I R 是8A 。
问I c 是多少？ A ：2A B ：18A C ：6A D ：4Ai(t)1H0.5Ω2ΩA2cos 22t u c1A c (t)2A14、图示正弦稳态电路， 求电阻上的平均功率。
数学物理方法期末试题(5年试题含答案)
………密………封………线………以………内………答………题………无………效……附：拉普拉斯方程02=∇u 在柱坐标系和球坐标系下的表达式 柱坐标系：2222222110u u u uzρρρρϕ∂∂∂∂+++=∂∂∂∂球坐标系：2222222111sin 0sin sin u u ur r r r r r θθθθθϕ∂∂∂∂∂⎛⎫⎛⎫++= ⎪ ⎪∂∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭一、填空题36分（每空2分）1、 数量场2322u x z y z =+在点(2, 0, -1)处沿2423x xy z =-+l i j k 方向的方向导数是。
2、 矢量场()xyz x y z ==+A r r i +j k 在点(1, 3, 3)处的散度为 。
3、 面单连域内设有矢量场A ，若其散度0∇⋅A =，则称此矢量场为 。
4、 高斯公式Sd ⋅=⎰⎰ A S ；斯托克斯公式ld ⋅=⎰ A l 。
5、 将泛定方程和 结合在一起，就构成了一个定解问题。
只有初始条件，没有边界条件的定解问题称为 ；只有边界条件，没有初始条件的定解问题称为 ；既有边界条件，又有初始条件的定解问题称为 。
………密………封………线………以………内………答………题………无………效……6、 ()l P x 是l 次勒让德多项式，则11()()l l P x P x +-''-= ； m n =时，11()()mn P x P x dx -=⎰。
7、 已知()n J x 和()n N x 分别为n 阶贝塞尔函数和n 阶诺依曼函数(其中n 为整数)，那么可知(1)()n H x = 。
(2)()n H x = 。
8、 定解问题2222000(0,0)|0,||0,|0x x ay y bu ux a y b x y u u V u u ====⎧∂∂+=<<<<⎪∂∂⎪⎪==⎨⎪==⎪⎪⎩的本征函数为 ，本征值为 。
第十章习题课-武汉大学数学物理方法
r3
gi :
x
−
3
第十章习题课
三、求泊松方程的狄氏问题
1、求上半空间的狄氏问题 ∂G ⎧ Δu = 0, z > 0 → u ( M ) = − ∫∫ f ( M 0 ) dx 0 dy 0 σ ⎨ ∂n0 u f ( x , y ) = 1 M ⎩ z =0
Δg = 0, z > 0 1 | z =0 g | z =0 = − 4πr −q (1)在M1 ( x, y,− z )放 − q, 则Δ( ) = 0 , z > 0 4πε 0 r1 ε0 −q q 使 | z =0 = − | z =0 则 g = − 4πε 0 r1 4πε 0 r 4πε 0 r1
[
]
[
]
∂G ∂G ∂G =− = ∂y ∂n ∂ (− y )
2( y + y 0 ) 2( y − y 0 ) ∂G 1 ∴ − ] | y =0 = [ 2 2 2 2 y =0 ∂y 4π ( x − x0 ) + ( y + y 0 ) ( x − x0 ) + ( y − y 0 )
⎤ y0 ⎡ 1 = ⎢ 2⎥ π ⎣ ( x − x0 ) 2 + y0 ⎦
0 0
3.
−∞
∫
f ( x )δ ( n ) ( x − x 0 )dx = ( − 1) n f
n
(n)
( x0 )
δ ( x − xi ) 4. δ [ϕ ( x)] = ∑ , 其中ϕ ( xi ) = 0 i =1 ϕ ′( xi )
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第十章习题课
一、 δ 函数及其在物理上的应用
r = ( x − x0 ) 2 + ( y − y 0 ) 2 , r1 = ( x − x0 ) 2 + ( y + y0 ) 2
第十五章习题课-武汉大学数学物理方法
∞
m =1
*例题分析
一、贝塞尔函数的有关性质
x1 4. 将ρ在[0, a]上按J1 ( m ρ )展开。 a ∞ 1 1 ρ = ∑ cm J 1 ( k m ρ ), cm = a 2 2 1
m =1
∫
=
a
0
1 ρ 2 J1 (k m ρ )dρ =
1
1 3 (k m )
∫
a
0
1 1 1 (k m ρ ) 2 J1 (k m ρ )d (k m ρ)
⎧d ν ν = x J x x Jν −1 ( x) [ ( )] (2) ν ⎪ dx ⎨ d 一、贝塞尔函数的有关性质 ⎪ [ x −ν Jν ( x)] = − x −ν Jν +1 ( x) (3) ⎩ dx
*例题分析
1.∫ x 4 J1 ( x)dx = ?
法二：
′ ( x) (3) → J1 ( x) = − J 0
当λ − μ < 0时, 记 − k 2 = λ − μ , x = kρ , y ( x) = R( ρ ),
x 2 y′′( x) + xy′( x) − ( x 2 + n 2 ) y ( x) = 0 → y ( x) = I n ( x)
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*本章主要内容
二、本征值问题：
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π
2x
J
1 l+ 2
( x)
*例题分析
一、贝塞尔函数的有关性质
1.∫ x J1 ( x)dx = ?
4
法一： 4 2 2 x J ( x ) dx = x [ x J1 ( x)]dx ∫ 1 ∫
数学物理方法习题及解答1
数学物理方法习题及解答1试题1一、单项选择题1.复通区域柯西定理（）（A ）0)(=?dz z f l（B ）0)(1=∑?=n i l idz z f （C ）0)()(1=+∑??=ni l lidz z f dz z f （l 是逆时针方向，i l 也是逆时针方向）(D)0)()(1=+∑??=ni l lidz z f dz z f （l 是逆时针方向，i l 是顺时针方向）2.周期偶函数:,cos)(10为其中k k k a lxk a a x f ∑∞=+=π：（）（A ）?=lk d l k f l a 0cos )(1ξπξξ （B ）?-=ll k d l k f l a ξπξξcos )(1（C ） ?=lk k d l k f l a 0cos )(1ξπξξδ （D ）?lkk d lk f l a 0cos)(2ξπξξδ 3.柯西公式为：（）（A ）ξξξπd z f i n z f l ?-=)(2!)( (B) ξξξπd z f i z f l ?-=)(21)( (C) ξξξπd z f i z f l n ?-=)()(21)( (D) ξξξπd z f i n z f l n ?-=)()(2!)( 4.在00=z 的邻域上把()=z f 2zz )(sin 展开为（）（A ）+-+-!6!4!21642z z z(B) +-+-!7!5!31642z z z (C) +-+-6421642z z z(D) +-+-!7!5!31864z z z5.求()z z f sin 1=在z 0=πn 的留数为（）（A ）!1n （B ）n （C ）n )1(- （D ）16.以下那一个是第一类边界条件（）（A ）)(),(t f t x u ax == （B ）)(,()t f t x u ax n == （C ）)()(t f H u ax n u =+= （D ）lx ttlx xu Mg t x u ==-=),(7.下列公式正确的为：（A ）)()()(0x f dx x x f t =-?+∞∞-δ （B ）0)()(0=-?+∞∞-dx x x f t δ （C ）∞=-?+∞∞-dx x x f t )()(0δ （D ）)()()(0t t f dx x x f =-?+∞∞-δ8.勒让德方程为（A ）0)1(2)1(222=++--y l l dx dy x dx yd x（B ）0]1)1([2)1(22222=--++--y x m l l dx dy x dx y d x（C ）0)(22222=-++y dx dy x dx ym x d x（D ）0)(22222=+-+y dxdy x dx y m x d x9.m 阶贝塞尔方程为：（A ）0)(22222=--+R m x dx dR x dx R d x （B ）0)(22222=-++R m x dx dR x dx R d x （C ）0)(22222=+-+R m x dxdR x dx R d x （D ）0)(2222=-++R m x dxdR x dx R d x 上 10Z 0是方程W ‘’+P （Z ）W ‘+Q （Z ）W=0的正则奇点，用级数解法求解时，这个方程的“判定方程“为（A ）0)1(21=++---q sp s s （B ）0)1(21=++--q sp s s （C ）0)1(11=++---q sp s s （D ）0)1(22=++---q sp s s二、填空题1、已知解析函数22),()(y x y x u z f -=的实部，则这个解析函数为。
数学物理方法答案
数学物理方法考试卷之一参考答案一、1．L ,1,0,)12(±=+k k i π 2．i Z +23．===><<====t k u u x u t l x Du u l x x x t xx t sin 1| ,0||0 ,0 ,020 4．=∈−=∆)(|),(M f u M M h u στ；=∈−−=∆0|),(0στδG M M M G ；狄氏格林函数 5．0； 0)(62)1(2=+′−′′−x y y x y x 二、1．解：令0sin =z ，则得zz f sin 1)(=的奇点为πk z k =，L ,1 ,0±=k ∞==→→zz f k kz z z z sin 1lim)(lim Q ， πk z k =∴为)(z f 的极点。
又0)(1)(==k k z f z g Q ，0)1(cos )(≠−==′k k k z z g )(z f z k −∴的单极点，仅有：πππ23||,0,<∈−z故∫∑====ππ23||31)(2sin 1z n n z resf i dz z I =++==−=πππz z z zzzi cos 1cos 1cos 120i π2−= 2．解：)1()(22z z z f +=，奇点：i z ±= 均为二阶单极点。
0121/1)1()(24223 → ++=+=⋅∞→z z z z z Z z f z ∫∫∞∞∞−⋅=+=+=∴0222222)(221)1(21)1(i iresf dx x x dx x x I πiz i z i z z i z dz d i = +−−=2222)()()(π4)(23ππ=+⋅==iz i z iz i 三、 12112)1(11)(+−=+−+=+−=z z z z z z f ，奇点：1−=z 2|1|=−−=i R ，)1(111++−=+i i z z 故 ①在2||<−i z 中有： ∑∑∞=∞=++−−=−+−+=+−++=+001)1()()1()()1()1(111111111k k k k k kkk i i z i z i i i i z iz k k k i z iz f )()11(21)(01−+−+=∴∑∞=+，是Taylor 展开。
数学物理方法综合试题及答案 ()
复变函数与积分变换 综合试题（一）一、单项选择题(本大题共10小题，每小题2分，共20分)在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。
错选、多选或未选均无分。
1．设cos z i =，则（ ）A ． Im 0z =B ．Re z π=C ．0z =D ．argz π= 2．复数3(cos,sin )55z i ππ=--的三角表示式为（ ） A ．443(cos ,sin )55i ππ- B ．443(cos ,sin )55i ππ- C ．443(cos ,sin )55i ππD ．443(cos ,sin )55i ππ--3．设C 为正向圆周|z|=1，则积分⎰c z dz||等于（ ）A ．0B ．2πiC ．2πD ．－2π 4．设函数()0zf z e d ζζζ=⎰，则()f z 等于（ ） A ．1++z z e ze B ．1-+z z e ze C ．1-+-z z e ze D ．1+-z z e ze 解答：5．1z =-是函数41)(z zcot +π的（ ） A ． 3阶极点 B ．4阶极点 C ．5阶极点 D ．6阶极点 6．下列映射中，把角形域0arg 4z π<<保角映射成单位圆内部|w|<1的为（ ）A ．4411z w z +=-B ．44-11z w z =+C ．44z i w z i -=+D ．44z iw z i +=-7. 线性变换[]i i z z i z ae z i z i z aθω---==-++- ( ） A.将上半平面Im z >0映射为上半平面Im ω>0 B.将上半平面Im z >0映射为单位圆|ω|<1C.将单位圆|z|<1映射为上半平面Im ω>0D.将单位圆|z|<1映射为单位圆|ω|<18.若()(,)(,)f z u x y iv x y =+在Z 平面上解析，(,)(cos sin )xv x y e y y x y =+，则(,)uxy=（ ）A.(cos sin )ye y y x y -)B.(cos sin )xe x y x y -C.(cos sin )xe y y y y - D.(cos sin )xe x y y y -(cos sin )sin (cos sin cos )x x x ve y y x y e y x ve y y y x y y∂=++∂∂=-+∂[][]cos sin cos cos sin sin cos sin cos sin cos sin (1)x x x iy iy iyz w u v v v i i z x x y xe y y y x y iy y ix y i y e y i y x y ix y iy y y y e e xe iye e z ∂∂∂∂∂=+=+∂∂∂∂∂=-++++=++++-⎡⎤=++⎣⎦=+()()()()cos sin cos sin sin cos z x iy x x w ze x iy e e x iy y i y e x y y y i x y y y u iv+==+=++=-++=+⎡⎤⎣⎦()cos sin x u e x y y y =-9.()1(2)(1)f z z z =--在021z <-< 的罗朗展开式是（）A.∑∞=-01n nnz )( B.∑∞=-021n nz )z (C.∑∞=-02n n)z ( D .10(1)(2)nn n z ∞-=--∑10.320cos z z dz ⎰=（ ）A.21sin9 B.21cos9 C.cos9 D.sin9二、填空题(本大题共6小题，每小题2分，共12分)请在每小题的空格中填上正确答案。
数学物理方法题目
2 5
3 5
51、求解 ⎪ ⎨
⎧ ∇ 2u = 0
2
( r < a, 0 < θ < π )
⎪ ⎩u r = a = cos θ , u r →0 = 有限值
(0 < θ < π )
。
⎧ ∇ 2u = 0 ( r > a, 0 < θ < π ) ⎪ 52、求解 ⎨ 。 2 ⎪ ⎩u r = a = cos θ , u r →0 = 有限值 ( 0 < θ < π )
i
b．证明 ∫i
2+i
dz ≤ 2 积分路径是直线段。 z2
10、不用计算，证明下列积分之值均为零，其中 c 均为圆心在原点， 半径为 1的单位圆周。 a． v ∫c
e z dz dz ； b． v ∫c z 2 + 5z + 6 。 cos z 2z2 − z +1 v ∫ c z − 1 dz ez z
z ( z + 1)
2
z −1
2
； （2） cos
1 1 ； （3） 。 z +i sin z + cos z
1 − ez 在孤立奇点处的留数。 23、求 f ( z ) = 1 + ez
24、求下列函数在指定点处的留数。
3
1 − e2 z （1） 在 z = ±1, ∞ ； （2） 4 在 z = 0, ∞ 。 2 z ( z − 1)( z + 1)
u t =0 = ρ 2 − R 2 ，求此物体的温度分布随时间的变化规律。 （无限长
→ u 与 ϕ 无关）
58、圆柱体半径为 R 而高为 H ，上底面保持温度 u1 ，下底面保持温度
数学物理方法题目
( −∞ < x < ∞ , y > 0 ) ( −∞ < x < ∞ ) ( −∞ < x < ∞ )
。
第七章习题 44、试用平面极坐标系把二维波动方程分离变数。 45、试用平面极坐标系把二维输运方程分离变数。 46、求证 Pl ( x ) = Pl′+1 ( x) − 2 xPl′( x ) + Pl′−1 ( x ) ， l ≥ 1 。 47、利用上题和 ( l + 1) Pl +1 ( x) − ( 2l + 1) xPl ( x) + lPl −1 ( x) = 0 ， l ≥ 1 ， 求证 ( 2l + 1) Pl ( x ) = Pl′+1 ( x ) − Pl′−1 ( x ) ， l ≥ 1 。 48、在 [ −1,1] 区间上将 x 2 用勒让德多项式展开。
i
b．证明 ∫i
2+i
dz ≤ 2 积分路径是直线段。 z2
10、不用计算，证明下列积分之值均为零，其中 c 均为圆心在原点， 半径为 1的单位圆周。 a． v ∫c
e z dz dz ； b． v ∫c z 2 + 5z + 6 。 cos z 2z2 − z +1 v ∫ c z − 1 dz ez z
z
25、求下列函数在其奇点（包括无穷远点）处的留数， （ m 是自然数） ； （2） （1） z m sin （ m 是自然数）
1 z
ez
( z − 1)
2
； （3）
ez −1 。 sin 3 z
26、求下列函数在其孤立奇点（包括无穷远点）处的留数。
α⎛
（1） e
1⎞ ⎜ z− ⎟ 2⎝ z ⎠
【最新】数学物理方法试卷(全答案)
嘉应学院物理系《数学物理方法》B 课程考试题一、简答题（共70分）1、试阐述解析延拓的含义。
解析延拓的结果是否唯一？（6分）解析延拓就是通过函数的替换来扩大解析函数的定义域。
替换函数在原定义域上与替换前的函数相等。
无论用何种方法进行解析延拓，所得到的替换函数都完全等同。
2、奇点分为几类？如何判别？（6分）在挖去孤立奇点Zo而形成的环域上的解析函数F（z）的洛朗级数，或则没有负幂项，或则只有有限个负幂项，或则有无限个负幂项，我们分别将Zo称为函数F（z）的可去奇点，极点及本性奇点。
判别方法：洛朗级数展开法A，先找出函数f(z)的奇点；B，把函数在的环域作洛朗展开1）如果展开式中没有负幂项，则为可去奇点；2）如果展开式中有无穷多负幂项，则为本性奇点；3）如果展开式中只有有限项负幂项，则为极点，如果负幂项的最高项为，则为m阶奇点。
3、何谓定解问题的适定性？（6分）1，定解问题有解；2，其解是唯一的；3，解是稳定的。
满足以上三个条件，则称为定解问题的适定性。
4、什么是解析函数？其特征有哪些？（6分）在某区域上处处可导的复变函数称为该区域上的解析函数.1）在区域内处处可导且有任意阶导数.2）()()⎩⎨⎧==21,,CyxvCyxu这两曲线族在区域上正交。
3）()yxu,和()yxv,都满足二维拉普拉斯方程。
(称为共轭调和函数)4）在边界上达最大值。
4、数学物理泛定方程一般分为哪几类？波动方程属于其中的哪种类型？（6分）数学物理泛定方程一般分为三种类型：双曲线方程、抛物线方程、椭圆型偏微分方程。
波动方程属于其中的双曲线方程。
5、写出)(x δ挑选性的表达式（6分）()()()()()()⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=-==-⎰⎰⎰∞∞∞-∞∞-)()()(00000R f dv R r r f f dx x x f x f dx x x x fδδδ6、写出复数231i +的三角形式和指数形式（8分）三角形式：()3sin3cos231cos sin 2321isin cos 222ππϕϕρϕϕρi i i+=++=+=+指数形式：由三角形式得：313πρπϕi ez ===7、求函数2)2)(1(--z z z在奇点的留数（8分）解：奇点：一阶奇点z=1；二阶奇点：z=21)2)(1()1(lim Re 21)1(=⎥⎦⎤⎢⎣⎡---=→z z zz sf z1)1(1lim )2)(1()2(!11limRe 22222)2(\-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡---=→→z z z z z dz dsf z z8、求回路积分 dz zzz ⎰=13cos （8分）解：)(z f 有三阶奇点z=0（在积分路径内）[]21-cosz lim z cosz !21limRe 033220)0(\==⎥⎦⎤⎢⎣⎡=→→z z z dzd sf ∴原积分=i i sf i πππ-=-=)21(2)0(Re 29、计算实变函数定积分dx x x ⎰∞∞-++1142（8分）解：⎥⎦⎤⎢⎣⎡++⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+=++=)1(22)1(22)1(22)1(22111)(242i z i z i z i z z z z z f它具有4个单极点：只有z=)1(22i --和z=)1(22i +在上半平面，其留数分别为：ππ2)221221(2I 221)1(22)1(22)1(221lim Re 221)1(22)1(22)1(221lim Re 20))1(22(\20))1(22(\=+=∴=⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡++⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+==⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡++⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+=→+→--iii i i z i z i z z sfi i z i z i z z sfz i z i10、求幂级数kk i z k)(11-∑∞= 的收敛半径（8分）111lim111limlim1≤-=+=+==∞→∞→+∞→i z kk k k a a R k k k k k 所以收敛圆为二、计算题（共30分）1、试用分离变数法求解定解问题（14分）⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=-===><<=-====0,2/100,000002t t t l x x x x xx tt u x u u u t l x u a u令)()(),(t T x X t x u =，并代入方程得⎪⎩⎪⎨⎧===-0)()(0)()0(0''''2''t T l X t T X T X a XT 移项 λ-==X XT a T ''2'' ⎪⎩⎪⎨⎧===+0)(0)0(0''''l X X X X λ和02''=+T a T λxC x C x X C x C x X eC eC x X x xλλλλλλλsincos)(0)(0)(0212121+=+==+=---时，方程的解为：＞在时，方程的解为：在时，方程的解为：＜在由边界条件0)(0)0(''==l X X ，得：xl n C x X ln n l l C l C l C l X C C X xC x C x X CXx x X ππλπλλλλλλλλλλλλλλλcos)(0sinsincos)(000)0(sincos)(0(00)(01222121'22'21'==→=∴=≠=+-==≠==+===≡（否则方程无解），，时，＞时，时，＜)3,21(sin cos )()(000002''222，得：的方程代人和把=⎪⎩⎪⎨⎧+=+==+==n l at n B l at n A t T tB A t T T a T T ln n n nππλπλλx ln lat n B lat n A t B A t x U n n n πππcos)sincos(),(100+∑++=∴∞=由初始条件得⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=∑+-=∑+∞=∞=0cos 21cos 1010x l n l a n B B x x l n A A nn n n πππ把右边的函数展成傅里叶余弦级数, 比较两边的系数得⎰⎰⎰⎰⋅=⋅-==-=ln ln llxdxl n an B xdxln x lA dx lB dxx lA 000cos02cos )21(201)21(1πππ得：⎪⎩⎪⎨⎧=+=-=∴-=-=)2(0)12(4)1(cos 22122220k n k n n l A n n l A l A n n πππxl n lat n n ll t x U n πππcoscos)4(21),(221-∑+-=∴∞=2、把下列问题转化为具有齐次边界条件的定解问题（不必求解）（6分）⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧===-==∆====0,sin 0),(000b y y a x x u a xB u u y b Ay u u π),(),(),(t x w t x v t x u +=令 ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=====+====0sin 00000by y a x x yy xx v a x B v v v v v ，，π ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===-==+====000)(000b y y ax x yyxx w w w y b Ay w w w ，，则，v ，w 都可以分别用分离变量法求解了。
数学物理方法习题及答案
数学物理⽅法习题及答案数学物理⽅法习题第⼀章：应⽤⽮量代数⽅法证明下列恒等式 1、3r ?= 2、0r ??=3、()()()()()A B B A B A A B A B =?-?-?+?4、21()0r ?=5、()0A = 第⼆章：1、下列各式在复平⾯上的意义是什么? （1）0;2Z a Z b z z -=--=（2）0arg4z i z i π-<<+; 1Re()2z =2、把下列复数分别⽤代数式、三⾓式和指数式表⽰出来。
1;1i i e ++3、计算数值（a 和b 为实常数，x 为实变数）sin5ii ? sin sin()iaz ib za ib e -+4、函数1W z =将z 平⾯的下列曲线变为W 平⾯上的什么曲线？（1）224x y += （2）y x =5、已知解析函数()f z 的实部(,)u x y 或虚部(,)x y υ，求解析函数。
（1）22sin ;,(0)0;,(1)0x u e y u x y xy f u f ?==-+===；（2）(00)f υ==6、已知等势线族的⽅程为22x y +=常数，求复势。
第三章：1、计算环路积分：2211132124sin4(1).(2).11sin (3).(4).()231(5).(1)(3)zz z i z z z z z e dz dzz z ze dz dzz z z dzz z ππ+=+====-+--+-2、证明：21()!2!n n z n l z z e d n i n ξξπξξ=其中l 是含有0ξ=的闭合曲线。
3、估计积分值222iidz z +≤?第四章： 1、泰勒展开（1） ln z 在0z i = （2）11ze-在00z = （3）函数211z z -+在1z = 2、（1）1()(1)f z z z =-在区域01z <<展成洛朗级数。
（2）1()(3)(4)f z z z =--按要求展开为泰勒级数或洛朗级数：①以0z =为中⼼展开；②在0z =的邻域展开；③在奇点的去⼼邻域中展开；④以奇点为中⼼展开。
武汉大学数学物理方法2_4积分论习题课
= 1- ch | cos | +∫0 cos xdchx - ∫0 cos xshxdx
1 1 1 1 + i sh | sin | -∫0 sin xdshx + ∫0 sin xchxdx = 1- cos | ch | +ish | sin |
类似可得： 麻烦。 ∫l2 sin zdz = 1- cos | ch | +i sin | sh |, 但若用N - L公式：
二. | ∫
l
| f ( z ) || dz | f ( z )dz |≤ ∫l M ⋅ S
二复线积分的计算方法： 1由定义计算
∫
l
f ( z ) dz =
n→ ∞ max|∆ z | → 0 k =1
lim
∑ f (ξ
n
k
) ∆ zk
不常用
2.由与实线积分的关系计算:
∫ ∫
l
f ( z )dz = ∫ udx − vdy + i ∫ vdx + udy
iθ iθ e ie π π (cos θ +i sin θ ) d ie dθ θ = ∫Z iθ ∫−π e π = ∫− π iecosθ ⋅ ei sin θ dθ
= ∫− π iecosθ [cos(sin θ ) + i sin(sin θ )]dθ = 2i ∫0 e cosθ cos(sin θ )dθ = 2π i
第二章积分习题课
一.小结
一.若f ( z )在区域σ内解析, σ = σ + L上连续, 则
∫
L
f ( z ) dz = 0, L = l ∫l n n f ( z ) dz = 0 ∫l f ( z ) dz = ∑ ∫lk f ( z ) dz, L = l + ∑ l k k =1 k =1 1 f (ξ ) dξ , L = l ∫ l 2πi ξ − z n n 1 f (ξ ) f (ξ ) [∫ dξ + ∑ ∫ dξ ], L = l + ∑ l k l l k 2πi ξ − z ξ−z k =1 k =1
《数学物理方法》答案
z 4 + a4 = 0 ( a > 0) 。
4
⎛z⎞ ⎜ ⎟ = −1 ( a > 0 ) 4 4 ; 解:由题意 z = − a ,所以有 ⎝ a ⎠
θ + 2 kπ i ⎛z⎞ z iπ = cos π + sin π = i e = e 4 (k = 0,1, 2,3) ⎜ ⎟ ⎝a⎠ ;所以 a ;
k = 0, ±1, ±2, ⋅⋅⋅
π
+ i 2kπ = ln 2 + i ( + 2kπ ) 4 4
π
3i = eiLn 3 = ei (ln 3+ 2 kπ ) = cos ln 3 + i sin ln 3 e 2+i = e 2 ei = e 2 (cos1 + i sin1) sin z lim =1 z →0 z 22，求证 sin z sin( x + iy ) lim = lim z →∞ x , y →∞ z x + iy 证: z = x + iy (x,y,均为实数)，所以
z = z2 = z3 = 1; 试证明 z1 , z2 , z3 是一 11.设 z1 , z2 , z3 三点适合条件 z1 + z2 + z3 = 0 及 1
个内接于单位圆
z =1 的正三角形的顶点。
∴ z1 = − z2 − z3 ; z2 = − z3 − z1; z3 = − z1 − z2 ; 证明： z1 + z2 + z3 = 0;
∂v ∂u = e x cos y − y sin ye x + x cos ye x = e x ( x cos y − y sin y ) + e x cos y ∂ y ∂x ； ∂u ∂v = −e x ( x sin y + sin y + y cos y ) = e x ( y cos y + x sin y + sin y ) ∂y ； ∂x ∂u ∂v ∂u ∂v = ; =− ∂x 。 满足 ∂x ∂y ∂y x, y ) 可微且满足 C − R 条件，故函数在 z 平面上解析。 即函数在 z 平面上 (
数学物理方法样卷
x(t)
=
1 H(t) (2et
−
2 cos 2t
−
) sin 2t
5
三、求解初值问题:
utt = uxx uu|tt|=t=00==x12
(−∞ < x < +∞)
(本小题 15 分)
解: 由达朗贝尔公式:
1 u = [φ(x + at) + φ(x − at)] +
1
∫
x+at
ψ(ξ) dξ
2
l
Xn(x)
=
sin
nπ l
x
Tn(t)
=
Cn
cos
nπa l
t
+
Dn
sin
nπa l
t
利用解的叠加原理, 可得满足方程和边界条件的级数形式解
u(x,
t)
=
∑ ∞
( Cn
cos
nπa t
l
+
Dn
sin
nπa l
) t
sin
nπ l
x
n=0
由初始条件 ut|t=0 , 得 Dn = 0 ,
由
u|t=0
x(t)
=
1 H(t) (et
) − cos t − sin t
2
三、求解初值问题:
utt − a2uxx = 0 uu(t(xx,,00))==ceo−s1x
(−∞ < x < +∞)
(本小题 15 分)
······2 分 ······3 分 ······5 分 ······2 分 ······3 分
X′′(x) + λX(x) = 0
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Wuhan Universil nx 2l (1) n 1 nx c x sin dx 3) x cn sin , n 2 0 Nl l n l n 1 d n x 2. 已知 H n ( x) (1) n e x e (1) n dx
X ( x) X ( x) 0 (1) 1.已知S L问题 : X (0) 0, X (l ) 0 (2) 求： 1 k ( x) ?, k (0) ?, k (l ) ?, q( x) ?, ( x) ? ）
2) ?, 本征函数＝？N l ?, , 3）将f ( x) x [0, l ]按上述本征函数展开
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一、S-L方程
1、定义：
16.1 S-L问题
d dy [k ( x) ] q( x) y ( x) y 0, a x b (1) 一S-L方程 dx dx
k ( x) 0, q( x) 0, ( x) 0, 常。
d 2 dy (1 x ) y 2 xy l (l 1) y 0 [(1 x ) ] l (l 1) y 0 dx dx
四、例题
试证：1 e （）
2txt 2
d n x2 n x 已知 H n ( x) (1) e S-L问题 e 16.1 dx n H n ( x) n t n! n 0
2
2
(1)
证明： 令 e 2txt an ( x)t n , 则
1 d 2txt 2 1 x 2 d n ( x 2 2txt 2 ) an ( x ) e e e t 0 t 0 n n n! dt n! dt tx 1 x 2 d n 2 1 x2 d n x2 e e x e e n n n! d n! d ( x)
n 2 0 例： ( 2 ) ( )
r 2 2rR l (l 1) R 0 r R R(r ) r 0 有限
(1 x 2 ) y 2 xy l (l 1) y 0 y 有限 x 1
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二、S-L方程的自然边界条件
16.1 S-L问题
2、S-L方程在以下情况下具有自然边界条件 d dy [k ( x) ] q( x) y ( x) y 0, a x b (1) S-L方程
( 1 ) 当k ( a ) 0和或k ( b ) 0时，在边界x a , x b处， 具有有限性自然边界条件( 见附1 ）。
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一、S-L方程
1、定义：
16.1 S-L问题
d dy [k ( x) ] q( x) y ( x) y 0, a x b (1) 一S-L方程 dx dx
k ( x) 0, q( x) 0, ( x) 0, 常。
2、任意的二阶方程可化为S-L方程 y( x) p( x) y( x) h( x) y( x) 0, (2) p ( x ) dx ] : d [e p ( x ) dx dy ] e p ( x ) dx h( x) y 0 (3) (2) [k ( x) e dx dx 例： Hermit方程：y 2 xy y 0 (4)
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y2
x a ,b
有限
三、S-L本征值问题
1、定义：称
16.1 S-L问题
dy d dx [k ( x) dx ] q( x) y ( x) y 0, a x b (1) dy [ y ( x) k ( x)] x a ,b 0 为S-L本征值问题 dx
H n ( x) n e t (2) n! n 0 16.1 S-L问题 H n ( x) 2nH n1 ( x)
2txt
2
H n 1 ( x) H n ( x) t : 2 (n 1)! n!
n
H n ( x) 2nH n1 ( x)
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d 2 dy 例：(1 x ) y 2 xy l (l 1) y 0 dx [(1 x ) dx ] l (l 1) y 0 d dy n 2 x 2 y xy [k 2 x 2 n 2 ] y 0 [ x ] y k 2 xy 0 dx dx x
2 2
试证： 1 e （）
2 txt
2
H n ( x) n t n! n 0
(2)
(3) H n ( x) 2nH n 1 ( x) (2) H n 1 ( x) 2 xHn ( x) 2nH n 1 ( x) 0 (4)
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Mathematical Methods in Physics 武汉大学
物理科学与技术学院
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Methods in Mathematical Physics 第十六章 斯特母刘维尔问题 Problems of Sturm-Liuville equations
武汉大学物理科学与技术学院
2
m2 (1 x 2 ) y 2 xy [l (l 1) ]y 0 2 1 x
d dy m2 [(1 x 2 ) ] y l (l 1) y 0 2 dx dx 1 x
d dy n 2 2 2 2 2 [( x ] y k 2 xy 0 x y xy [k x n ] y 0 dx dx x
x 2 y xy [k 2 x 2
d dy m2 [(1 x 2 ) ] y l (l 1) y 0 2 dx dx 1 x d dy n 2 2 [( x ] y k 2 xy 0 n ]y 0 dx dx x
d dy [k ( x) ] q( x) y ( x) y 0, a x b (1) dx dx
附1.证明:
16.1 S-L问题 ）。 x b处具有有限性自然边界条件( 见附1
设y1 ( x), y2 ( x)为(1)的解，且y1 ( x)有限，则 d dy1 [k ( x) ] q( x) y1 ( x) y1 0, (2) dx dx d dy2 [k ( x) ] q( x) y2 ( x) y2 0, (3) dx dx d dy2 d dy1 (3) y1 (2) y2 : y1 [k ( x) ] y2 [ k ( x) ] 0, dx dx dx dx d c [k ( x)( y1 y2 y2 y1 )] 0, ( y1 y2 y2 y1 )] dx k ( x) y2 y1 y2 y2 y1 c y2 ( ) 0 ( C ) 2 2 y1 y1 k ( x) y1 y1 x c y2 y1[ dx c1 ], 当k (a) 0, k (b) 0时, y2 2 x0 k ( x ) y 1
n
n 0
H n ( x) an ( x ) n!
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四、例题
试证： 2) ( H n1 ( x) 2 xHn ( x) 2nH n1 ( x) 0
2 H n ( x) n d 2txt (2) : 2te t dx n! n 0 H n ( x) n1 H n ( x) n 2 t t n! n! n 0 n 0
如：f ( )
m 1
cm J n (k ) cm
n m
0 a2 2 n J n 1 (km a) 2
1
a
n f ( ) J n (km )d
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四、例题
d dy [k ( x) ] q( x) y ( x) y 0, a x b (1) 16.1 S-L问题 dx dx
2
dx
dx
(2) 当k (a) k (b)时，在边界x a, x b处， 具有周期性自然边界条件。
d d n 0 [1 ] n 2 0 d d
2
例：
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( 1 ) 当k ( a ) 0和或k ( b ) 0时，在边界x a ,
p( x) 2 x, h( x)
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2 xdx e x 2 k ( x) e
d x2 x2 (4) [e y] e y 0 dx
二、S-L方程的自然边界条件
16.1 S-L问题
1、定义：为满足物理上的适定性，物理问 题本身所应具有的边界条件。
n n xm xm n 本征值：km , m 1,2, Rm (k ) J n ( ), m 1,2, a a
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三、S-L本征值问题
2、 S-L本征值问题的性质：
16.1 S-L问题
(2) m 0, m 1,2,
(3)
n (k m ) 2 0 如：
2、 S-L本征值问题的性质： (1) 有无穷多个本征值：1 2 n
无穷多个本征函数：y1 ( x) y2 ( x) yn ( x) 2 R( ) R( ) (k 2 2 n 2 ) R( ) 0 例： 本征函数： R(a) 0
b
a
( x) ym ( x) yn ( x)dx N
a
2 n mn
(见附2）
a2 2 n J n1 (kln a) ml 如： J n (km )J n (kln )d 0 2 1 b (4) f ( x) cm ym ( x) cm 2 a ( x) f ( x) ym ( x)dx Nm m 1