第三章 热方程
3.2分离变量法和初边值问题解的存在性
5. | 令 , 满足齐次方程解为其中所以 |
6. | 令 满足方程解得 . 令 , 则 满足方程用分离变量法来求解. 寻找非零特解 , 代入方程得到 , 再考虑边界条件得到由 Sturm-Liouville 定理, 构成 的完备正交基, 其中 是方程 的第 个正根. 从而得到其中最后, |
3.3Fourier 变换和 Cauchy 问题解的存在性
5. | (1) 把延拓为这是关于 的全纯函数, 限制回 仍是解析函数. |
6. | (1) . (2) 设 , 算出代入热方程得到 满足表达式 启示我们可以设进而算出代入化简得到 , 即 , 从而由 得 , 由 得 , 因此 . |
7. | 可参考 [Evans] 2.3.1 Theorem 1, 2 (pp.47–51), 或 [Han] Theorem 5.2.3, 5.2.11 (pp.160–2,173–4). |
8. | 方法 I. 由 (3.23) 与命题 3.3.4, 方法 II. 记左式积分为 , 可展开为其中定义考虑配凑平方有分别计算可见计算结果正是 . |
9. |
|
11. | 把 上的函数延拓为全纯函数由全纯函数的零点离散及 具有紧支集得 , 于是 . |
3.4极值原理及其应用
1. | 令 , . 假设 , 由于在 有 , 在 内某点取到. 在该点 , , 然而 , 矛盾. 因此 , 令 得 , 从而 . |
2. | 本题是 [Han] Theorem 5.3.8 (pp.185–6). |
3. | 本题是 [Han] Theorem 5.3.9 (pp.186–8). 要让 只需 可以取 |
7. | 把 延拓为全纯函数 . 取 很小使得对于 有 , 由 Cauchy 积分公式, 于是 |
8. | (1) . (2) 对给定的 , 当 , 且这个收敛在 的有界集上是一致的. 那么, 对于(见定理 2.2.1 的证明), 令 得到 满足平均值性质. (3) Liouville 定理. |
9. | 把 限制在 上. 考虑辅助函数 . 若有且那么对 用本节习题 1 的结论 (其中 ), 由就能得出为了令 成立, 需要构造满足的 . 例如只需要 . |
10. | 见 [John] 7.1(d), (1) 于 pp.224–6, (2) 于 pp.222–4. |
3.5能量方法和解的唯一性
太简单了.
参考文献
[Evans] | L. C. Evans. Partial Differential Equations. Graduate Studies in Mathematics 19. Amer. Math. Soc, 2010. |
[Han] | Q. Han. A Basic Course in Partial Differential Equations. Graduate Studies in Mathematics 120. Amer. Math. Soc, 2011. |
[John] | F. John. Partial Differential Equations. Applied Mathematical Sciences 1. Springer, 1991. |