蒙特卡罗方法在解微分方程边值问题中的应用

介绍了蒙特卡罗方法的基本原理以及随机数的产生方法。基于蒙特卡罗方法的思想,结合有限差分方法,建立了求解微分方程边值问题的随机概率模型,并以第一类边界条件的拉普拉斯方程和一个给定初值及边界条件的非稳态热传导方程为数值算例,研究了蒙特卡罗方法在求解微分方程边值问题中的应用。结果表明:利用蒙特卡罗方法,不仅可以有效解决给定边界条件的微分方程,对于给定初值条件的微分方程,也可以从时域有限差分方程出发,采用蒙特卡罗方法进行求解。数值模拟和对误差的理论分析均表明,增加蒙特卡罗试验中的模拟粒子点数,可以提高计算结果的精度。     

关于《有限长带电导体直线的电荷分布》的商榷

本文指出了一篇文献中有限长带电直线导体的电荷分布线密度公式的错误,用多种方法证明了带电线段的电荷分布是均匀的.推导了均匀带电线段的等势线方程和电场方程,证明带电线段就是等势线,电场线与线段垂直.证明了线段外的电势满足三维拉普拉斯方程,从而证明均匀带电线段是导体.     

“转换法”在静电场问题中的应用

静电场问题的完全解决都要涉及边值问题，可归结为在给定边界条件下求解拉普拉斯方程或泊松方程，常用的方法有解析法和数值法．在研究过程中，边界条件千变万化，当利用常规方法求解有一定困难时，我们不妨巧用“转换法”，寻找到一种解决问题的最简方法．     

带壳介质椭球的等效介电常量

通过引入椭球坐标系,求解满足给定边界条件的拉普拉斯方程,得出了带壳介质椭球内外的电势分布,从而进一步讨论了带壳椭球的等效介电常量.     

边界耦合的Marangoni对流边界层问题的近似解析解

研究了由温度梯度引起的Marangoni对流边界层问题.由于动量方程和能量方程的边界条件耦合,利用相似变换将偏微分方程组转化为常微分方程非线性边界值问题.通过巧妙引入摄动小参数对速度和温度边界层方程同时渐近展开求解,得到了问题的近似解析解,并对相应的动量、能量传递特性进行了讨论. 关键词： Marangoni对流 近似解析解 渐近展开     

关于数学物理方法课程的若干问答(续2)

26如果偏微分方程具有一定的对称性(不变性),它的解是否一定具有同样的对称性(不变性)?不一定!例如,二维拉普拉斯方程具有平移不变性、反射不变性以及旋转不变性,但是它的解x或y就不具有这些不变性.同样,x2-y2也是二维拉普拉斯方程的解,但是它也不具有平移不变性和旋转     

求解带电导体椭球电势分布的一种方法

采用直角坐标系,基于椭球表面方程的特点,设计一个电势的"尝试解",根据电场"唯一性定理"的要求,找到该"尝试解"满足的方程,通过求解该方程得到带电导体椭球的电势分布.     

Volterra差分微分方程和KdV差分微分方程新的精确解

辅助方程法和试探函数法为基础,给出函数变换与辅助方程相结合的一种方法,借助符号计算系统Mathematica构造了Volterra差分微分方程和KdV差分微分方程新的精确孤立波解和三角函数解.该方法也适合求解其他非线性差分微分方程的精确解. 关键词： 辅助方程 函数变换 非线性差分微分方程 孤立波解     

旋转非导体带电球面磁场的全空间解析解新探

求旋转非导体带电球面的磁场是一个典型的静脉场边值问题，传统的解法之一是用磁标势概念，结合边界条件解拉普拉斯方程，其过程复杂，计算冗长，本文在介绍矢势Ａ、磁化强度Ｍ和电场强度Ｅ三者关系的基础上，用类比的方法，巧妙简捷地给出了问题的全空间解析解，并进行了有意义的讨论。     

场方法的改进及其在积分Riemann-Cartan空间运动方程中的应用

和Hamilton-Jacobi方法类似,Vujanovi?场方法把求解常微分方程组特解的问题转化为寻找一个一阶拟线性偏微分方程(基本偏微分方程)完全解的问题,但Vujanovi?场方法依赖于求出基本偏微分方程的完全解,而这通常是困难的,这就极大地限制了场方法的应用.本文将求解常微分方程组特解的Vujanovi?场方法改进为寻找动力学系统运动方程第一积分的场方法,并将这种方法应用于一阶线性非完整约束系统Riemann-Cartan位形空间运动方程的积分问题中.改进后的场方法指出,只要找到基本偏微分方程的包含m(m≤ n,n为基本偏微分方程中自变量的数目)个任意常数的解,就可以由此找到系统m个第一积分.特殊情况下,如果能够求出基本偏微分方程的完全解(完全解是m=n时的特例),那么就可以由此找到≤系统全部第一积分,从而完全确定系统的运动.Vujanovi?场方法等价于这种特殊情况.     

锥形导体尖端的电场特性

以圆锥形导体为例，从求拉普拉斯方程在边界条件下的解出发，给出锥形导体尖端附近的电场表达式，并对电场特性作出详细分析，从而揭示尖端放电现象的物理本质。     

求解含有高阶导数偏微分方程的局部间断Petrov-Galerkin方法

构造一类求解三种类型偏微分方程的间断Petrov-Galerkin方法.求解的方程分别含有二阶、三阶和四阶偏导数,包括Burgers型方程、KdV型方程和双调和型方程.首先将高阶微分方程转化成为与之等价的一阶微分方程组,再将求解双曲守恒律的间断Petrov-Galerkin方法用于求解微分方程组.该方法具有四阶精度且具有间断Petrov-Galerkin方法的优点.数值实验表明该方法可以达到最优收敛阶而且可以模拟复杂波形相互作用,如孤立子的传播及相互碰撞等.     

求解含有高阶导数偏微分方程的局部间断Petrov-Galerkin方法（英文）

构造一类求解三种类型偏微分方程的间断Petrov-Galerkin方法.求解的方程分别含有二阶、三阶和四阶偏导数,包括Burgers型方程、KdV型方程和双调和型方程.首先将高阶微分方程转化成为与之等价的一阶微分方程组,再将求解双曲守恒律的间断Petrov-Galerkin方法用于求解微分方程组.该方法具有四阶精度且具有间断Petrov-Galerkin方法的优点.数值实验表明该方法可以达到最优收敛阶而且可以模拟复杂波形相互作用,如孤立子的传播及相互碰撞等.     

用Riccati方程构造非线性差分微分方程新的精确解

把Riccati方程应用到非线性差分微分方程求解领域,并相结合与一种函数变换,借助符号计算系统Mathematica构造了修正的Volterra方程和一般格子方程新的精确孤立波解和三角函数解. 关键词： Riccati方程 函数变换 非线性差分微分方程 孤立波解     

扰动扩散方程初值问题的近似对称约化

本文利用近似广义条件对称方法研究一类带有源项的非线性扩散方程的初值问题.给出所研究方程的分类并将偏微分方程的初值问题约化为常微分方程的初值问题,通过求解约化后的常微分方程组可得相对应偏微分方程初值问题的近似解.     

球面平均值函数及其微分方程的推导

三维波动方程初值问题是数学物理方法课程的重要教学内容.本文讨论球面平均法求解该问题时,球面平均值的定义及其满足的偏微分方程的建立过程.在教材常见推导的基础上,本文提出了球面平均值方程一种更简洁的推导方法.本文的讨论有利于澄清球面平均值函数的含义,为球面平均法以及球坐标系下数学物理方程的教学提供参考.     

用松弛法解薛定谔方程

求解定态薛定谔方程常常会涉及到常微分方程的本征值问题.目前解常微分方程本征值用的比较多的方法是以龙格-库塔方法为基础的打靶方法.打靶方法常用,但是计算时间长.当边界条件比较复杂或比较敏感的时候,用松弛法会有更好的效果.本文用松弛法解薛定谔方程,并和理论解进行比较.发现松弛法得到的数值解和理论解符合度很高,而且使用松弛法能够很快得到符合要求的解.     

基于Hirota方法探求非零边界条件下MNLS/DNLS方程的孤子解

Hirota双线性导数变换处理非线性偏微分方程，是一种比反散射变换更为方便的直接方法。本文展示了Hirota双线性导数变换法应用于求解非线性可积方程的一般手续，以非零驻波边界条件下修正的非线性薛定谔(MNLS)方程为例，探求其孤子解；再通过简单的参数归零法直接得到导数非线性薛定谔(DNLS)方程在非零常数边界条件下的相应孤子解，亮/暗孤子解随时间和空间变量的演化也通过图像加以演示，所得孤子解与反散射方法得到的结果一致相符。     

透平叶栅三维粘性气动反问题的控制理论方法

将基于控制理论的形状优化设计方法应用于粘性可压流动条件下的透平叶栅三维气动反设计,详细推导了三维N-S方程伴随系统的偏微分方程组及其各类边界条件.讨论了伴随系统的解的适定性条件,并由此给出应用N-S方程进行气动优化的目标函数的选取限制.研究了伴随方程的数值求解技术,给出敏感性导数的最终计算式,结合拟牛顿算法发展了三维透平叶栅粘性反问题的气动设计方法.     

非线性演化方程孤立波的同伦分析法求解

利用同伦分析法求解了Burgers方程，得到了其扭结形孤立波的近似解析解，该解非常接近于相应的精确解.结果表明，同伦分析法可用来求解非线性演化方程的孤立波解.同时，也对所用方法进行了一定扩展，得到了Kadomtsev-Petviashvili(KP)方程的钟形孤立子解.经过扩展后的方法能够更方便地用于求解更多非线性演化方程的高精度近似解析解. 关键词： Burgers方程 同伦分析法 KP方程 孤立波解