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.

, 满足齐次方程解为其中所以

6.

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,

3.3 Fourier 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) 满足 .

启示我们可以设 .

代入化简得到 , 于是 .

, 由 , 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.

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

2.

, .

假设 , 由于在 , 内某点取到.

在该点 , ,

然而 , 矛盾.

因此 , 令 , 从而 .

3.

本题是 [Han] Theorem 5.3.8 (pp.185–6).

4.

本题是 [Han] Theorem 5.3.9 (pp.186–8). 要让

只需

可以取

7.

延拓为全纯函数 .

很小使得对于 , 由 Cauchy 积分公式, 于是

8.

(1) .

(2) 对给定的 , , 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.

限制在 上. 需构造满足 . 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.