数理方程答案

一. (10分)填空题

1.初始位移为?(x),初始速度为?(x)的无界弦的自由振动可表述为定解问题:

2.为使定解问题

?ut?a2uxx???ux?0?0,ux???ut?0?0x?l?u0 （u0为常数）

中的边界条件齐次化,而设u(x,t)?v(x,t)?w(x),则可选w(x)? 3.方程uxy?0的通解为

4．只有初始条件而无边界条件的定解问题,称为柯西问题. 5．方程uxy?x2y满足条件u(x,0)?x2,u(0,y)?cosy?1的特解为

二. (10分)判断方程

uxx?y2uyy?0

的类型，并化成标准形式．

三. (10分)求解初值问题

??utt?4uxx,???x???,t?0?2 u?x,u?cosx?tt?0?t?0

四. (15分)用分离变量法解定解问题

?utt?a2uxx,0?x?l,t?0???uxx?0?0,ux|x?l?0 ???ut?0?x,utt?0?0.

五. (15分)解非齐次方程的混合问题

?ut?uxx?x,0?x??,t?0???ux?0?0,ux???0,t?0 ?0?x????ut?0?0.

六. (15分)用积分变换法解无界杆热

数理方程公式

▲一维弦振动的初值问题：达朗贝尔公式

▲二维波动方程的柯西问题：二维泊松公式

???u22??2u22?u,(???x??,t??t2?a?x2?0) ??a2(?u?u??t??x2??y2)? ?ut?0??(x),utt?0??(x)??u??(x,y),?u??(x?at?t?0?tx,y)t?0解为：u(x,t)?12[?(x?at)??(x?at)]?12a??(?)d?

x?atu(x,y,t)??1?(?,?)d?d?▲一维弦振动的初值问题：齐次化原理

?t[2?a??2?Mat(at)?(??x)2?(??y)2]???2u?2?12u???(?,?)d?d?t?f(x,t),(???x??,t?0)??2?a?x2 2?a?Mat(at)2?(??x)2?(??y)2?1at2??ut?0?0,utt?0?0???(x?rcos?,y?rsin?)?t[]解为：u(x,t)?1tx?a(t??)2?a??00(at)2?r2rd?drf(?,?)d?d?

1at2?2a???(x?rcos?,y?rsin?)0x?a(t??)?2?a??dr▲一维弦振动的初值问题：达朗贝尔公式+齐次化原理

00(at)2?r

1、设ui满足线性方程Lui?0(i?1,2?n)，那么它们的线性组合u??ui必然满足方

i?1n程 。

2.定解问题的适定性包括：存在性、唯一性和 . 3、只有初始条件没有边界条件的定解问题称为 4、n阶贝塞尔方程的标准形式为： 5、

ddJ0(x)? , xJ1(x)? , dxdx6. 若非齐次边界条件为u(0,t)??1(t),ux(l,t)??2(t)，则要将边界条件齐次化可选取辅助函

数W(x,t)?

?ut?a2uxx,t?0,0?x?l7、由分离变量法得到定解问题?的级数形式的解为?u?0,t??u?l,t??0?u?x,0????x??u?x,t???cnen?1??(n?a2)tlsinn?x, 则其中cn?

数学物理方法期中测验试题

一 填空题 （每题5分，共20分）

1 现有一长度为l的均匀细弦，弦的x?0端固定，x?l端受迫作简谐振动Asin?t，弦的初始位移和初始速度都是零，那么弦的位移函数u?x,t?所满足的定解问题是（ ）。

?utt?a2uxx(0?x?l,t?0),?? ?ux?0?0,ux?l?Asin?t(t?0),

???ut?0?0,utt?0?0(0?x?l).2 有一矩形薄板，其中板的一组对边绝热，而另一组对边中，一边的温度保持零度，另一边保持常温u0，那么此矩形板的稳定温度分布所满足的定解问题是（ ）。

?uxx?uy?(0?x?a,?0y?b),y0??0y?b) , ?uxx?0?0,uxx?a0(??u?0,uy?b?u0(?0x?b).??y?03 常用三类齐次边界条件的统一表达式是（ (?u???u，当（ ??0 ）就是第一)?f(M,t)）

?n??类边界条件；当（ ??0 ）时，就是第二类边界条件。

4 积分?x3J0?x?dx?（ ）。 解 利用递推公式

dm[xJm(x)]?xmJm?1(x)和分部积分法，得 dx

数学物理方法期中测验试题

一 填空题 （每题5分，共20分）

1 现有一长度为l的均匀细弦，弦的x?0端固定，x?l端受迫作简谐振动Asin?t，弦的初始位移和初始速度都是零，那么弦的位移函数u?x,t?所满足的定解问题是（ ）。

?utt?a2uxx(0?x?l,t?0),?? ?ux?0?0,ux?l?Asin?t(t?0),

???ut?0?0,utt?0?0(0?x?l).2 有一矩形薄板，其中板的一组对边绝热，而另一组对边中，一边的温度保持零度，另一边保持常温u0，那么此矩形板的稳定温度分布所满足的定解问题是（ ）。

?uxx?uy?(0?x?a,?0y?b),y0??0y?b) , ?uxx?0?0,uxx?a0(??u?0,uy?b?u0(?0x?b).??y?03 常用三类齐次边界条件的统一表达式是（ (?u???u，当（ ??0 ）就是第一)?f(M,t)）

?n??类边界条件；当（ ??0 ）时，就是第二类边界条件。

4 积分?x3J0?x?dx?（ ）。 解 利用递推公式

dm[xJm(x)]?xmJm?1(x)和分部积分法，得 dx

第一章 曲线论

§1 向量函数

1. 证明本节命题3、命题5中未加证明的结论。 略

2. 求证常向量的微商等于零向量。 证：设

，

为常向量，因为

所以 3. 证明

。 证毕

证：

证毕

4. 利用向量函数的泰勒公式证明：如果向量在某一区间内所有的点其微商为零，则此向量在该区间上是常向量。 证：设

，

为定义在区间上的向量函数，因为 ，

和

在区间上可导。所以，

在区间上可导当且仅当数量函数

，根据数量函数的Lagrange中值定理，有

其中，

，

介于与之间。从而

上式为向量函数的0阶Taylor公式，其中区间上处处有

，从而

证毕 5. 证明

具有固定方向的充要条件是

具有固定方向，则

。 可表示为

，。

，其中，于是

因为

，故

，从而

为某个数

，则在区间上处处有

，于是

。

。如果在

证：必要性：设其中

为某个数量函数，为单位常向量，于是

，可设

，令

充分性：如果量函数，

为单位向量，因为

为常向量，于是， 6. 证明

，即具有固定方向。 证毕

平行于固定平面的充要条件是。

，对

证：必要性：设平行于固定平面，则存在一个常向量，使得

和

，从而，，和

此式连续求

2006-2007学年第一学期《课名》期终考试试卷--1

同济大学课程考核试卷（A卷）

2007—2008学年第二学期

命题教师签名： 审核教师签名：

课号： 课名：数学物理方程 考试考查：考试

此卷选为：期中考试( )、期终考试(? )、重考( )试卷

5. 由数学模型

?????u???2u?2u?,???x???,t?0?t2?x2?u1?0,?,???x???t?0t?02?t1?x确定的弦振动位移在特征线

x?t?0上的位移值为 ( )

A. 0.5arctan2t; B. arctan2t; C.

?4; D. 0.

t?1??]? ( ) ?变换为F[f(t)]?F(?) 则F[f? 6. 已知f(t)的Fourier年级 专业 学号 姓名 任课教师 题号 一 二 三 四 五 六 总分

2 试写出右半空间上的格林函数形式 解：右半空间区域上的格林函数满足 G ( r r0 ), G 0 x 0 y 0

在右半空间2

y 02

上取一点 M 0 ( x 0 , y 0 , z 0 ),2

令 r0 x 0 y 0 z 0 表示自原点到该点的距离， 并在该点放置一个单位正电荷，它所形成的静电场 在任何一点 M ( x , y , z ) 处的电位函数为1 4 rM0M

1 4

2

1 ( x x0 ) ( y y0 ) ( z z0 )2 2

并且 1 4 r M 0M ( x x 0 , y y 0 , z z 0 ) ( r r0 ) 1 满足方程 G ( r r0 ), 4 rM M0

即函数

但是它不是格林函数， 因为它在边界平面 上不为零。 设M 1 ( x1 , y 1 , z 1 )

y 0

为点 M 0 ( x 0 , y 0 , z 0 ) 关于平面

y 0

并在点 M 1 处放置一个单位负电荷， 的对称点，M ( x, y, z)

这样，该负电荷

河 北 大 学 课 程 考 核 试 卷

2014—2015 学年 第 1 学期 2014 级 岩土工程 专业

考核科目 数学与物理方程 课程类别 必修课 考核类型 考试 考核方式 开卷 卷别 A

（注：考生务必将答案写在答题纸上，写在本试卷上的无效）

一、单簧管是直径均匀的细管，一端封闭另一端开方，在已知初始状态的情况下求管内空气柱的纵向振动位移归结求下面类型定解问题，（用分离变量法求解）（20分）。

2??2u2?u，0?x?l.t?0?2?a2?t?x???u?u?0,?0,t?0?x?0?xx?l???u?0,0?x?l?ut?0?x2?2lx,??tt?l?

二、求下面定解问题，要求写出详细的求解过程（10分）。

??2u1?u1?2u?2?0，???0,0???2?.t?0?2?2??????????u?Acos?,0???2?,A为常数????0

三、求下面定解问题（20分）。

??2u?2u?2u?32?0，???x???,y?0?2?2?x?y?x?y???u2?u?3x,?0,???x????y?0?yy?0?

x?0?0,四、求函数f?x???的傅里叶变换，其中??0为常数（10分）。

?e??x

河 北 大 学 课 程 考 核 试 卷

2014—2015 学年 第 1 学期 2014 级 岩土工程 专业

考核科目 数学与物理方程 课程类别 必修课 考核类型 考试 考核方式 开卷 卷别 A

（注：考生务必将答案写在答题纸上，写在本试卷上的无效）

一、单簧管是直径均匀的细管，一端封闭另一端开方，在已知初始状态的情况下求管内空气柱的纵向振动位移归结求下面类型定解问题，（用分离变量法求解）（20分）。

2??2u2?u，0?x?l.t?0?2?a2?t?x???u?u?0,?0,t?0?x?0?xx?l???u?0,0?x?l?ut?0?x2?2lx,??tt?l?

二、求下面定解问题，要求写出详细的求解过程（10分）。

??2u1?u1?2u?2?0，???0,0???2?.t?0?2?2??????????u?Acos?,0???2?,A为常数????0

三、求下面定解问题（20分）。

??2u?2u?2u?32?0，???x???,y?0?2?2?x?y?x?y???u2?u?3x,?0,???x????y?0?yy?0?

x?0?0,四、求函数f?x???的傅里叶变换，其中??0为常数（10分）。

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