数学物理方法课程教学大纲
一、课程说明
（一）课程名称：数学物理方法
所属专业：物理、应用物理专业
课程性质：数学、物理学
学分：5
（二）课程简介、目标与任务
这门课主要讲授物理中常用的数学方法，主要内容包括线性空间和线性算符、复变函数、积分变换和δ-函数、数学物理方程和特殊函数等，适当介绍近年来的新发展、新应用。本门课程是物理系学生建立物理直观的数学基础，其中很多内容是为后续物理课程如量子力学、电动力学等服务，是其必需的数学基础。
这门课中的一些数学手段将在今后的基础研究和工程应用中发挥重要的作用，往往构成了相应领域的数学基础。一般来讲，因为同样的方程有同样的解，掌握和运用这些数学方法所体现的物理内容将更深入，更本质。
（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接
本课程以普通物理、高等数学和部分线性代数知识为基础，为后继的基础课程和专业课程研究有关的数学问题作准备，也为今后工作中遇到的数学物理问题求解提供基础。
（四）教材：《数学物理方法》杨孔庆编
参考书：1. 《数学物理方法》柯朗、希尔伯特著
2. 《特殊函数概论》王竹溪、郭敦仁编著
3. 《物理中的数学方法》李政道著
4. 《数学物理方法》梁昆淼编
5. 《数学物理方法》郭敦仁编
6. 《数学物理方法》吴崇试编
二、课程内容与安排
第一部分线性空间及线性算子
第一章R3空间的向量分析
第一节向量的概念
第二节R3空间的向量代数
第三节R3空间的向量分析
第四节R3空间的向量分析的一些重要公式
第二章R3空间曲线坐标系中的向量分析
第一节R3空间中的曲线坐标系
第二节曲线坐标系中的度量
第三节曲线坐标系中标量场梯度的表达式
第四节曲线坐标系中向量场散度的表达式
第五节曲线坐标系中向量场旋度的表达式
第六节曲线坐标系中Laplace（拉普拉斯）算符▽2的表达式第三章线性空间
第一节线性空间的定义
第二节线性空间的内积
第三节Hilbert（希尔伯特）空间
第四节线性算符
第五节线性算符的本征值和本征向量
第二部分复变函数
第四章复变函数的概念
第一节映射
第二节复数
第三节复变函数
第五章解析函数
第一节复变函数的导数
第二节复变函数的解析性
第三节复势
第四节解析函数变换
第六章复变函数积分
第一节复变函数的积分
第二节Cauchy（柯西）积分定理
第三节Cauchy（柯西）积分公式
第四节解析函数高阶导数的积分表达式
第七章复变函数的级数展开
第一节复变函数级数
第二节解析函数的Taylor（泰勒）展开
第三节Taylor展开的理论应用
第四节解析函数的Laurent（洛朗）展开
第八章留数定理
第一节留数定理
第二节留数的一般求法
第三节解析函数在无穷远点的留数
第四节留数定理在定积分中的应用
第五节Hilbert（希尔伯特）变换
第三部分积分变换与δ函数
第九章Fourier（傅里叶）变换
第一节Fourier级数
第二节Fourier变换
第三节Fourier变换的基本性质
第十章Laplace（拉普拉斯）变换
第一节Laplace变换
第二节Laplace变换基本性质
第三节Laplace变换的应用
第四节关于Laplace变换的反演
第十一章δ-函数
第一节δ-函数的定义
第二节δ-函数的性质
第三节δ-函数的导数
第四节三维δ-函数
第五节δ-函数的Fourier变换和Fourier级数展开
第四部分数学物理方程
第十三章波动方程、输运方程、Poisson（泊松）方程及其定解问题
第一节二阶线性偏微分方程的普遍形式
第二节波动方程及其定解条件
第三节输运方程及其定解条件
第四节Poisson方程及其定解条件
第五节Laplace方程和调和函数
第六节三类方程定解问题小结
第十四章分离变量法
第一节齐次方程齐次边界条件下的分离变量法
第二节Sturm—Liouville（斯特姆-刘维尔）本征值问题第三节非齐次方程齐次边界条件下的分离变量法
第四节非齐次边界条件下的分离变量法
第五节分离变量法小结
第十五章曲线坐标系下方程的分离变量
第一节球坐标系下方程的分离变量
第二节柱坐标系下方程的分离变量
第三节二阶线性常微分方程的级数解法
第十六章球函数
第一节Legendre（勒让德）多项式
第二节Legendre多项式的性质
第三节具有轴对称的Laplace方程的求解
第四节连带Legendre函数
第五节球函数
第十七章柱函数
第一节Bessel（贝塞尔）函数
第二节Bessel函数的递推关系
第三节柱函数的定义
第四节整数阶Bessel函数J n(x)的生成函数
第五节Bessel方程的本征值问题
第六节球Bessel函数
*第十八章Green（格林）函数法
第一节微分算子的基本解和Green函数的定义
第二节Laplace算子的基本解
第三节Laplace算子的Green函数
第四节Laplace算子的镜像Green函数法
第五节Helmhotz（霍姆赫兹）算子的基本解
第六节输运算子的Green函数
第七节波动算子的基本解
（一）教学内容与学时分配
本课程讲授90学时（不包括习题课）。
学时分配及进度表
周次内容讲授学时
第一周- 第四周
第一章R3空间的向量分析
§1.1向量的概念
§1.2R3空间的向量代数
§1.3R3空间的向量分析
§1.4R3空间的向量分析的一些重要公式
第二章R3空间曲线坐标系中的向量分析
§2.1 R3空间中的曲线坐标系
§2.2 曲线坐标系中的度量
§2.3 曲线坐标系中标量场梯度的表达式
§2.4 曲线坐标系中向量场散度的表达式
§2.5 曲线坐标系中向量场旋度的表达式
§2.6 曲线坐标系中Laplace（拉普拉斯）算符▽2的表达式
第三章线性空间
§3.1线性空间的定义
§3.2线性空间的内积
§3.3Hilbert（希尔伯特）空间
§3.4线性算符
§3.5线性算符的本征值和本征向量
20
第五周- 第六周
第四章复变函数的概念
§4.1 映射§4.2 复数§4.3 复变函数
第五章解析函数
§5.1 复变函数的导数§5.2 复变函数的解析性
§5.3 复势§5.4 解析函数变换
第六章复变函数积分
§6.1 复变函数的积分
§6.2 Cauchy（柯西）积分定理
§6.3 Cauchy（柯西）积分公式
§6.4 解析函数高阶导数的积分表达式
10
第七周- 第九周
第七章复变函数的级数展开
§7.1 复变函数级数
§7.2 解析函数的Taylor（泰勒）展开
§7.3 Taylor展开的理论应用
15
§7.4 解析函数的Laurent（洛朗）展开
第八章留数定理
§8.1 留数定理§8.2 留数的一般求法
§8.3 解析函数在无穷远点的留数
§8.4 留数定理在定积分中的应用
§8.5 Hilbert（希尔伯特）变换
第十周- 第十二周
第九章Fourier（傅里叶）变换
§9.1 Fourier级数§9.2 Fourier变换
§9.3 Fourier变换的基本性质
第十章Laplace（拉普拉斯）变换
§10.1 Laplace变换§10.2 Laplace变换基本性质
§10.3 Laplace变换的应用
§10.4 关于Laplace变换的反演
第十一章δ-函数
§11.1 δ-函数的定义§11.2 δ-函数的性质
§11.3 δ-函数的导数§11.4 三维δ-函数
§11.5 δ-函数的Fourier变换和Fourier级数展开
15
第十三周- 第十五周第十三章波动方程、输运方程、Poisson（泊松）
方程及其定解问题
§12.1 二阶线性偏微分方程的普遍形式
§12.2 波动方程及其定解条件
§12.3 输运方程及其定解条件
§12.4 Poisson方程及其定解条件
§12.5 Laplace方程和调和函数
§12.6 三类方程定解问题小结
第十四章分离变量法
§13.1 齐次方程齐次边界条件下的分离变量法
§13.2 Sturm—Liouville（斯特姆-刘维尔）本征值问题
§13.3 非齐次方程齐次边界条件下的分离变量法
§13.4 非齐次边界条件下的分离变量法
§13.5 分离变量法小结
第十五章曲线坐标系下方程的分离变量
§14.1 球坐标系下方程的分离变量
§14.2 柱坐标系下方程的分离变量
§14.3 二阶线性常微分方程的级数解法
15
第十六周- 第十八周
第十六章球函数
§15.1 Legendre（勒让德）多项式
§15.2 Legendre多项式的性质
§15.3 具有轴对称的Laplace方程的求解
§15.4 连带Legendre函数§15.5 球函数
第十七章柱函数
§16.1 Bessel（贝塞尔）函数
§16.2 Bessel函数的递推关系
§16.3 柱函数的定义
§16.4 整数阶Bessel函数J n( x )的生成函数
§16.5 Bessel方程的本征值问题
§16.6 球Bessel函数
*第十八章Green（格林）函数法
§18.1 微分算子的基本解和Green函数的定义
§18.2 Laplace算子的基本解
§18.5 Helmhotz（霍姆赫兹）算子的基本解
§18.6 输运算子的Green函数
§18.7 波动算子的基本解
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（二）内容及基本要求
第一章R3空间的向量分析
主要内容：1. R3空间中的向量分析（§1.1）
2. R3空间中的向量代数与分析（§1.2、§1.3）
3. R3空间中的向量分析的一些重要公式（§1.4）
【掌握】 1.向量的概念及运算规则；
2.Einstein求和约定、Kronecker delta符号δij及Levi－civita符号∈ijk的
用法；
3.标量场、向量场的定义及“del”算符的定义；
4.R3空间中向量分析的一些基本运算公式及其推导方法；
【了解】标量场的梯度、向量场的散度和旋度的定义。
第二章R3空间曲线坐标系中的向量分析
主要内容：1.R3空间中的曲线坐标系及其度量（§2.1）（§2.2）
2.曲线坐标系中标量场的梯度（§2.3）
3.曲线坐标系中向量场的散度、旋度（§2.4）（§2.5）
4.曲线坐标系中Laplace算符▽2（§2.6）
【掌握】 1.R3空间曲线坐标系度量的概念及含义；
2.曲线坐标系中标量场梯度的表达式；
3.曲线坐标系中向量场散度的表达式；
4.曲线坐标系中向量场旋度的表达式；
5.曲线坐标系中Laplace算符▽2的表达式。
【了解】梯度、散度、旋度及Laplace算符 2在正交曲线坐标系中表达式的推导过程，并能由此推出在直角坐标系、球坐标系及柱坐标系中的表达式。
第三章线性空间
主要内容：1.线性空间的定义及其内积（§3.1）（§3.2）
2.Hilbert空间的定义（§
3.3）
3.常见线性算符（§3.4）
4.线性算符的本征值与本征向量（§3.5）
【掌握】 1.线性空间?的定义以及内积和内积空间的定义；
2.Hilbert（希尔伯特）空间的定义；
3.向量空间中线性算符及线性变换的定义，几种简单的线性算符的形式；
4.线性算符的本征值及本征向量的定义及物理意义；
5.本征值与本征向量的求解。
【了解】 1.施密特正交归一化方法；
2.几种线性算符的证明过程。
第四章复变函数的概念
主要内容：1.映射的概念（§4.1）
2.复数与复变函数（§4.2）（§4.3）
【掌握】： 1.映射的定义，掌握复变数、复变函数及区域的概念；
2.无穷运点的定义；
3.几种常见的初等函数的定义及性质；
4.复数的几何表示及其他表达式。
【了解】： 1.复数的定义及其运算法则；
2.函数的多值性及处理办法；
3.复球面的概念。
第五章解析函数
主要内容：1.复变函数导数与解析性和复势的概念（§5.1、§5.2、§5.3）
2.解析函数变换（§5.4）
【掌握】 1.复变函数的极限及连续性的定义，导数的定义及求导的基本公式和规则；
2.解析函数的定义、条件及解析函数实虚部的关系；
【了解】 1.复势的概念；
2.保角（共型）变换的概念；
第六章复变函数积分
主要内容：1.复变函数的积分（§6.1）（§6.2）
2.Cauchy（柯西）积分定理及其公式（§6.3）
3.解析函数高阶导数的积分表达式（§6.4）
【掌握】：1.复变函数积分的定义；
2. 利用Cauchy积分定理求解某些回路积分。
【了解】： 1.复变函数积分的某些性质；
2.柯西积分公式的推导；
3.多连通区域柯西积分定理的推导。
第七章复变函数的级数展开
主要内容：1.复变函数的级数（§7.1）
2.解析函数的Taylor（泰勒）展开（§7.2）
3.Taylor展开的理论应用（§7.3）
4.解析函数的Laurent（洛朗）展开（§7.4）
【掌握】 1.幂级数的定义及收敛的概念，
2.解析函数的Taylor展开及Laurent展开的概念和展开方法；
3.函数孤立奇点的定义、奇点的类型、阶数和特点；
4.复数级数的定义及收敛性的概念，收敛判据及收敛性质，掌握函数项
级数一致收敛的性质。
【了解】 1.最大模定理；
2.Liouville定理。
第八章留数定理
主要内容：1.留数定理及其一般求法（§8.1、§8.2）
2.留数定理在实积分中的应用（§8.4）
3.希尔伯特变换（§8.5），
【掌握】 1.留数定理的概念；
2.极点的留数计算方法；
?∞∞-)(型积分、
3.?π20)
f)
(型积分、dx
x
f imx
e
x
,
R型积分、?∞∞-dx
(cos dx
sin
x
x
实轴上有单极点的函数积分的特点及计算方法。
【了解】 1.利用留数定理计算某些其他类型积分的方法；
2.解析函数在无穷远点除的留数；
3.希尔伯特变换。
第九章Fourier变换
主要内容：1.Fourier 级数与变换（§9.1、§9.2）
2.Fourier 变换的基本性质（§9.3）
【掌握】 有理分式的反演方法、延迟定理、位移定理、卷积定理。
【了解】 延迟定理、位移定理及卷积定理。
第十章 Laplace 变换
主要内容：https://www.doczj.com/doc/5d15449830.html,place 变换与其基本性质（§10.1、§10.2）
https://www.doczj.com/doc/5d15449830.html,place 变换的反演（§10.3）
https://www.doczj.com/doc/5d15449830.html,place 变换的应用（§10.4）
【掌握】 延迟定理、位移定理及卷积定理。
【了解】 普遍反演公式。
第十一章 -δ函数
主要内容：1.-δ函数的定义与性质（§11.1、§11.2）
2.-δ函数的导数和三维-δ函数（§11.3、§11.4）
3.-δ函数的Fourier 变换及Laplace 变换（§11.5）
【掌握】 1.δ-函数的定义及性质；
2.δ-函数的意义；
【了解】 1.δ-函数的导数；
2.普遍反演公式；
3.δ-函数的其他表达式。
第十三章 波动方程、输运方程、泊松方程及其定解问题
主要内容： 1.二阶线性偏微分方程的普遍形式（§12.1）
2.波动方程及其定解条件（§12.2）
3.输运方程及其定解条件（§12.3）
4.泊松方程及其定解条件（§12.4）
5.三类方程定解问题小结（§12.6）
【掌握】1.比较简单的几类定解条件的形式及意义，问题适定性的意义；
2.将某物理问题通过建立模型，利用物理规律转化为数学物理方程的基本
方法。
【了解】 数学物理方程(如弦的横振动方程、杆的纵振动方程、热传导方程、膜的
横振动方程、电磁场的波动方程等)的推导过程。
第十四章 分离变量法
主要内容：1.直角坐标系中利用分离变量法求解方程（§13.1）（1.5学时）
2.Sturm-Liouville 型方程的本征值问题（§1
3.2）（1.5学时）
3.不同边界条件下的分离变量法（§13.3、§13.4）
【掌握】1.通过求解有界空间的定解问题掌握分离变量（Fourier级数）法的基本要点；
2.非齐次方程齐次边界条件下的分离变量法；
3.非齐次边界条件下的分离变量法；
4.利用Fourier积分法求解无界空间的定解问题。
【了解】Sturm-Liouville型方程的本征值问题
第十五章曲线坐标系下方程的分离变量法
主要内容：https://www.doczj.com/doc/5d15449830.html,place方程在球坐标系下的分离变量（§14.1）
2.球坐标系下的分离变量（§14.1）
3.自Helmhotz方程导出Bessel方程（§1
4.2）
4.二阶线性常微分方程的级数解法（§14.3）
【掌握】 1.球坐标系下Laplace方程得出径向方程与球函数方程的过程；
2.柱坐标系下的分离变量过程；
3.方程正常点与奇点的概念和含义；
4.指数方程的概念和含义。
【了解】Helmhotz方程在球坐标下的分离变量。
第十六章球函数
主要内容：1.Legendre多项式的定义、来源与主要性质（§15.1、§15.2）
2.具有轴对称的Laplace方程的求解（§15.3）
3.连带Legendre函数的定义与性质（§15.4）
4.一般球函数的性质（§1
5.5）
【掌握】 1.Legendre多项式的来源；
2.Legendre多项式一般形式；
3.Legendre多项式的微分表达式和生成函数；
4.Legendre多项式的递推公式；
5.轴对称的Laplace方程求解过程与对应的物理模型；
6.连带Legendre函数的定义与性质；
7.一般球函数的性质与对应物理图像。
【了解】 1.Legendre多项式一般形式的推导过程；
2.Legendre多项式的正交性、模、完备性及广义Fourier展开；
3.球函数的正交关系；
4.球函数构成的希尔伯特空间的物理意义。
第十七章柱函数
主要内容：1.Bessel函数及其递推关系（§16.1、§16.2）
2.柱函数的定义（§16.3）
3.整数阶Bessel函数J n( x )的生成函数（§16.4）
4.Bessele函数的本征值问题（§16.5）
5.虚宗量的Bessel函数与球Bessele函数（§1
6.6）
【掌握】 1.Bessele函数的来源与一般性质；
2.Bessele函数的递推关系；
3.柱函数的概念与定义；
4.整数阶Bessel函数J n( x )的生成函数与积分形式；
5.Bessel函数的渐近形式、本征值的确定方法；
6.Bessel函数的正交性、模及Fourier-Bessel展开，Bessel函数的母函数。
【了解】 1.Bessele函数的递推关系过程；
2. 虚宗量的Bessel函数。
*第十八章格林函数法
主要内容：1. 格林函数的定义、来源与主要性质（§18.1）
2. Laplace算子的基本解（§18.2）
3.Helmhotz（霍姆赫兹）算子的基本解（§18.5）
4.输运算子的Green函数（§18.6）
5. 波动算子的基本解（§18.7）
【了解】 1.格林函数的物理图像；
2. 常用算子的基本解。
说明：1.对于大纲所列内容与学时分配建议，教师可根据实际情况及专业特点，适当取舍调整，标有*的内容可以从简或者舍去。
2.习题课可根据实际需要另行安排。
制定人：黄亮、俞连春、黄子罡
审定人：
批准人：
日期：2016年6月
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 ．44 3(cos ,sin )55i ππ D ．44 3(cos ,sin )55 i ππ-- 3．设C 为正向圆周|z|=1，则积分 ?c z dz ||等于（ ） A ．0 B ．2πi C ．2π D ．－2π 4．设函数()0z f z e d ζ ζζ=?，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 4 1) (z z cot +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 4 z 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 i w z i +=- 7. 线性变换[]i i z z i z a e z i z i z a θω---= =-++- ( ） 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|<1 C.将单位圆|z|<1映射为上半平面Im ω>0 D.将单位圆|z|<1映射为单位圆|ω|<1 8.若()(,)(,)f z u x y iv x y =+在Z 平面上解析，(,)(cos sin )x v x y e y y x y =+，则(,)uxy = （ ） A.(cos sin )y e y y x y -) B.(cos sin )x e x y x y - C.(cos sin )x e y y y y - D.(cos sin )x e x y y y -
数学物理方法 课程类别校级优秀□省级优质√省级精品□国家精品□项目主持人李高翔 课程建设主要成员陈义成、王恩科、吴少平、刘峰数学物理方法是理科院校物理类学生的一门重要基础课，该课程所涉内容，不仅为其后续课程所必需，而且也为理论和实际研究工作广为应用。因此，本课程教学质量的优劣，将直接影响到学生对后续课程的学习效果，以及对学生分析问题和解决问题的能力的培养。数学物理方法是物理专业师生公认的一门“难教、难学、难懂”的课程，为了将其变为一门“易教、易学、易懂”的课程，我们对该课程的课程体系、内容设置、教学方法等方面进行了改革和建设，具体做法如下： 一、师资队伍建设 优化组合的教师队伍，是提高教学质量的根本保证。本课程师资队伍为老、中、青三结合，其中45岁以下教师全部具有博士学位，均具有高级职称。课程原责任教师汪德新教授以身作则，有计划地对青年教师进行传、帮、带，经常组织青年教师观摩老教师的课堂教学、参与数学物理方法教材编写的讨论；青年教师主动向老教师学习、请教，努力提高自身素质和教学水平。现在该课程已拥有一支以中青年教师为主的教师队伍。同时，系领导对该课程教师队伍的建设一直比较重视，有意识地安排青年教师讲授相关的后续课程，例如，本课程现责任教师李高翔教授为物理系本科生和函授生多次主讲过《电动力学》、《量子力学》、《热力学与统计物理》等课程，使得他们熟知本门课程与后续专业课程的连带关系，因此在教学中能合理取舍、突出重点，并能将枯燥的数学结果转化为具体的物理结论，有利于提高学生的学习兴趣。培养学生独立分析问题和解决问题能力的一个重要前提是教师应该具有较强的科研能力，该课程的任课教师都是活跃在国际前沿的学术带头人或学术骨干，近5年来，他们承担国家自然科学基金项目共8项，在国内外重要学术刊物上发表科研论文60余篇，并将科研成果注入教学中。此外，本课程大多数教师有多次出国合作研究的经历，并且在学校教务处和外事处的支持下，吴少平副教授参加了由国家留学基金委员会组织的赴英“双语教学研修项目”，为本课程双语教学的开展打下了良好的基础。 二、教学内容 数学物理方法是联系高等数学和物理专业课程的重要桥梁，本课程的重要任务是教会学生如何把各种物理问题翻译成数学的定解问题，并掌握求解定解问题的多种方法。本门课程的基本教学内容主要包括复变函数论、数学物理方程两部分。与国内流行的教材和教学内容相比，在讲解数理方程的定解问题时，本门课程教学内容的特色之一是按解法分类而不按方程的类型分类，这样，可以避免同一方法的多次重复介绍；特色之二是把线性常微分方程的级数解法和特殊函数置于复变函数论之后、数学物理方程之前，一方面可将这些内容作为复变函数理论的一个直接应用，使学生进一步巩固已学的相关知识，另一方面可使正交曲线坐标系中分离变量法的叙述更加流畅，并通过与直角坐标系中分
天津工业大学（2009—2010学年第一学期） 《数学物理方法》(A)试卷解答2009.12 理学院) 特别提示：请考生在密封线左侧的指定位置按照要求填写个人信息,若写在其它处视为作弊。本试卷共有四道大题,请认真核对后做答,若有疑问请与监考教师联系。 一 填空题(每题3分,共10小题) 1. 复数 i e +1 的指数式为：i ee ； 三角形式为：)1sin 1(cos i e + . 2. 以复数 0z 为圆心，以任意小正实数ε 为半径作一圆，则圆内所有点的集合称为0z 点的 邻域 . 3. 函数在一点可导与解析是 不等价的 (什么关系？). 4. 给出矢量场旋度的散度值，即=????f ? 0 . 5. 一般说来，在区域内，只要有一个简单的闭合曲线其内有不属 ------------------------------- 密封线 ---------------------------------------- 密封线 ---------------------------------------- 密封线--------------------------------------- 学院 专业班 学号 姓名 装订线 装订线 装订线
于该区域的点，这样的区域称为 复通区域 . 6. 若函数)(z f 在某点0z 不可导，而在0z 的任意小邻域内除0z 外处处可导，则称0z 为)(z f 的 孤立奇点 . 7. δ函数的挑选性为 ? ∞ ∞ -=-)()()(00t f d t f ττδτ. 8. 在数学上，定解条件是指 边界条件 和 初始条件 . 9. 常见的三种类型的数学物理方程分别为 波动方程 、 输运方程 和 稳定场方程 . 10. 写出l 阶勒让德方程: 0)1(2)1(222 =Θ++Θ -Θ-l l dx d x dx d x . 二 计算题(每小题7分，共6小题) 1. )(z 的实部xy y x y x u +-=22),(，求该解析函数
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） 2、奇点分为几类？如何判别？ （6分） 3、何谓定解问题的适定性？（6分） 4、什么是解析函数？其特征有哪些？（6分） 5、写出)(x δ挑选性的表达式（6分） 6、写出复数2 3 1i +的三角形式和指数形式（8分） 7、求函数 2 ) 2)(1(--z z z 在奇点的留数（8分） 8、求回路积分 dz z z z ?=12cos （8分） 9、计算实变函数定积分dx x x ?∞ ∞-++1 1 4 2（8分） 10、求幂级数k k i z k )(11 -∑∞ = 的收敛半径（8分） 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
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 x B u u y b Ay u u π 3、求方程 满足初始条件y(0)=0,y ’(0)=1 的解。(10分) 嘉应学院 物理 系 《数学物理方法》A 课程考试题 一、简答题（共70分） 1、什么是解析函数？其特征有哪些？（6分） 2、奇点分为几类？如何判别？ （6分） 3、何谓定解问题的适定性？（6分） 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） 5、写出)(x δ挑选性的表达式（6分） 6、求幂级数k k i z k )(11 -∑∞ = 的收敛半径（8分） 7、求函数2 )2)(1(1 --z z 在奇点的留数（8分） 8、求回路积分 dz z z z ?=12cos （8分） t e y y y -=-'+''32
第七章 数学物理定解问题 1．研究均匀杆的纵振动。已知0=x 端是自由的，则该端的边界条件为 __。 2．研究细杆的热传导，若细杆的0=x 端保持绝热，则该端的边界条件为 。 3．弹性杆原长为l ，一端固定，另一端被拉离平衡位置b 而静止，放手任其振动，将其平衡位置选在x 轴上，则其边界条件为 00,0x x l u u ==== 。 4．一根长为l 的均匀弦，两端0x =和x l =固定，弦中力为0T 。在x h =点，以横向力0F 拉弦，达到稳定后放手任其振动，该定解问题的边界条件为___ f (0)=0,f (l )=0; _____。 5、下列方程是波动方程的是 D 。 A 2tt xx u a u f =+； B 2 t xx u a u f =+； C 2t xx u a u =； D 2tt x u a u =。 6、泛定方程20tt xx u a u -=要构成定解问题，则应有的初始条件个数为 B 。 A 1个； B 2个； C 3个； D 4个。 7．“一根长为l 两端固定的弦，用手把它的中 点朝横向拨开距离h ，（如图〈1〉所示）然后放 手任其振动。”该物理问题的初始条件为( D )。 A ．?????∈-∈==] ,2[),(2]2,0[,2l l x x l l h l x x l h u o t B ．???? ?====00 t t t u h u C ．h u t ==0 D ．???????=???? ?∈-∈===0 ],2[),(2]2,0[,200t t t u l l x x l l h l x x l h u 8．“线密度为ρ，长为l 的均匀弦，两端固定，开始时静止，后由于在点)0(00l x x <<受谐变 u x h 2 /l 0 u 图〈1〉
数学物理方法试卷 一、选择题（每题4分，共20分） 1．柯西问题指的是（ ） A ．微分方程和边界条件. B. 微分方程和初始条件. C ．微分方程和初始边界条件. D. 以上都不正确. 2．定解问题的适定性指定解问题的解具有（ ） A ．存在性和唯一性. B. 唯一性和稳定性. C. 存在性和稳定性. D. 存在性、唯一性和稳定性. 3．牛曼内问题 ?????=??=?Γ f n u u ,02 有解的必要条件是（ ） A ．0=f . B ．0=Γu . C ．0=?ΓdS f . D ．0=?Γ dS u . 4．用分离变量法求解偏微分方程中，特征值问题???==<<=+0 )()0(0 ,0)()(''l X X l x x X x X λ 的解是（ ） A ．) cos , (2x l n l n ππ??? ??. B ．) sin , (2 x l n l n ππ?? ? ??. C ．) 2)12(cos ,2)12( (2x l n l n ππ-??? ??-. D ．) 2)12(sin ,2)12( (2x l n l n ππ-?? ? ??-. 5．指出下列微分方程哪个是双曲型的（ ） A ．0254=++++y x yy xy xx u u u u u . B ．044=+-yy xy xx u u u . C ．02222=++++y x yy xy xx u y xyu u y xyu u x . D ．023=+-yy xy xx u u u . 二、填空题（每题4分，共20分）
1．求定解问题???? ?????≤≤==>-==><<=??-??====πππx 0 ,cos 2 ,00 t ,sin 2 ,sin 20 ,0 ,00002222x u u t u t u t x x u t u t t t x x 的解是( ) 2．对于如下的二阶线性偏微分方程 0),(),(2),(=++++-fu eu du u y x c u y x b u y x a y x yy xy xx 其特征方程为( ). 3．二阶常微分方程0)()4341()(1)(2'''=-++ x y x x y x x y 的任一特解=y （ ). 4．二维拉普拉斯方程的基本解为（ r 1ln ），三维拉普拉斯方程的基本解为（ ）. 5．已知x x x J x x x J cos 2)( ,sin 2)(2 121ππ== -，利用Bessel 函数递推公式求 =)(2 3x J （ ）. 三、（20分）用分离变量法求解如下定解问题 222220 000, 0, 00, 0, t 0, 0, 0x .x x l t t t u u a x l t t x u u x x u x u l ====???-=<<>???????==>?????==≤≤?? 解：
数学物理方法习题解答 一、复变函数部分习题解答 第一章习题解答 1、证明Re z 在z 平面上处处不可导。 证明：令Re z u iv =+。Re z x =，,0u x v ∴==。 1u x ?=?，0v y ?=?， u v x y ??≠??。 于是u 与v 在z 平面上处处不满足C －R 条件， 所以Re z 在z 平面上处处不可导。 2、试证()2 f z z = 仅在原点有导数。 证明：令()f z u iv =+。()2 2222,0f z z x y u x y v ==+ ∴ =+=。 2,2u u x y x y ??= =??。v v x y ?? ==0 ??。 所以除原点以外，,u v 不满足C －R 条件。而 ,,u u v v x y x y ???? , ????在原点连续，且满足C －R 条件，所以()f z 在原点可微。 ()00 00x x y y u v v u f i i x x y y ====???????? '=+=-= ? ?????????。 或：()()()2 * 00 0lim lim lim 0z z x y z f z x i y z ?→?→?=?=?'==?=?-?=?。 2 2 ***0* 00lim lim lim()0z z z z z z z zz z z z z z z z z =?→?→?→+?+?+??==+??→???。 【当0,i z z re θ≠?=，*2i z e z θ-?=?与趋向有关，则上式中**1z z z z ??==??】
3、设333322 ()z 0 ()z=0 0x y i x y f z x y ?+++≠? =+??? ，证明()z f 在原点满足C －R 条件，但不可微。 证明：令()()(),,f z u x y iv x y =+，则 ()332222 22 ,=0 0x y x y u x y x y x y ?-+≠? =+?+??， 332222 22 (,)=0 0x y x y v x y x y x y ?++≠? =+?+?? 。 3 300(,0)(0,0)(0,0)lim lim 1x x x u x u x u x x →→-===， 3300(0,)(0,0)(0,0)lim lim 1y y x u y u y u y y →→--===-； 3300(,0)(0,0)(0,0)lim lim 1x x x v x v x v x x →→-===， 3300(0,)(0,0)(0,0)lim lim 1y y x v y v y v y y →→-===。 (0,0)(0,0),(0,0)(0,0)x y y x u v u v ∴ = =- ()f z ∴ 在原点上满足C －R 条件。 但33332200()(0)() lim lim ()()z z f z f x y i x y z x y x iy →→--++=++。 令y 沿y kx =趋于0，则 333333434322222 0()1(1)1(1) lim ()()(1)(1)(1)z x y i x y k i k k k k i k k k x y x iy k ik k →-++-++-++++-+==+++++ 依赖于k ，()f z ∴在原点不可导。 4、若复变函数()z f 在区域D 上解析并满足下列条件之一，证明其在区域D 上
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 . u x, y C1 2）这两曲线族在区域上正交。 v x, y C2 3）u x, y 和 v x, y 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) 挑选性的表达式（ 6 分） f x x x 0 dx f x 0 f x x dx f 0 f (r ) ( r R 0 ) dv f ( R 0 ) 、写出复数 1 i 3 的三角形式和指数形式（ 8 分） 6 2 cos isin 1 3 2 i 2 三角形式： 2 sin 2 cos 2 1 i 3 cos i sin 2 3 3 1 指数形式：由三角形式得： 3 i z e 3 、求函数 z 在奇点的留数（ 8 分） 7 1)( z 2) 2 (z 解： 奇点：一阶奇点 z=1；二阶奇点： z=2 Re sf (1) lim (z 1) z 1 ( z 1)( z 2) 2 z 1
1.就下列初始条件及边界条件解弦振动方程 1,0211,1,2t x x u x x =? ≤≤??=??-<≤?? 0 (1),01,t u x x x t =?=-≤≤? 1 0,0.x x u u t ====> 解： 22 222010 ,01,0. 0, 01,02(1),0 1. 11,1,2 x x t t u a x t t t u u t x x u u x x x t x x ====??????=≤≤>????==>??? ?≤≤????==-≤≤? ???-<≤???? 利用分离变量的方法有：(,)()(),u x t X x T t = 代入齐次方程得 " 2 " ()() ()(). X x T t a X x T t = 则 2"()"() ()() X x T t X x a T t λ==- 得常微分方程 2"()() 0,"()() 0. T t a T t X x X x λλ+=+= 利用边界条件得 "() ()0(0)(1)0.X x X x X X λ+=??==? 我们知道 1’ 00λλ<=，时不符合要求 2’ 0λ>时， 令2λβ= 则 方程的通解 X ()c o s s i n x A x B x ββ=+ 由边界 (0)(1)0X X == 得22n n λπ= s i n n n X B n x π= 得 222 "()()0n n T t a n T t π+=
即解得 'c o s 's i n n n n T C n a t D n a t ππ=+. 得 (,)()() [c o s s i n ] s n n n u x t X x T t C n a t D n a t n x πππ= =+ 通解 1 1 (,)(,)[cos sin ]sin .n n n n n u x t u x t C n at D n at n x πππ∞ ∞ ====+∑∑ 由初始条件 (1)t u x x t =?=-?=1 sin n n D n a n x ππ∞ =∑ ? 1 44 2 4[(1)1] (1)sin n n D x x n x n a n a πππ--=-=? 再由0 1,0211,1,2 t x x u x x =?≤≤??=??-<≤?? ? 1/2 1 22 1/2 42sin 2(1)sin sin 2 n n C x n xdx x n xdx n π πππ =+-= ?? ∴224414 4[(1)1](,)(sin cos sin )sin 2n n n u x t n t an t n x n n a πππππ π∞ =--=+∑ 2 ．
第七章数学物理定解问题 1．研究均匀杆的纵振动。已知 x0端是自由的，则该端的边界条件为__。2．研究细杆的热传导，若细杆的x0 端保持绝热，则该端的边界条件为。3．弹性杆原长为 l ，一端固定，另一端被拉离平衡位置 b 而静止，放手任其振动，将其平衡位置选在 x 轴上，则其边界条件为u x 0 0 , u x l 0。 4．一根长为 l 的均匀弦，两端 x0 和 x l 固定，弦中张力为T0。在 x h 点，以横向力F0拉 弦，达到稳定后放手任其振动，该定解问题的边界条件为___ f(0)=0,f(l)=0;_____。 5、下列方程是波动方程的是D。 A u tt a2u xx f ； B u t a2u xx f ； C u t a2u xx； D u tt a2u x。 6、泛定方程u tt a2u xx0要构成定解问题，则应有的初始条件个数为B。 A 1 个； B 2 个； C 3 个； D 4 个。 7．“一根长为 l 两端固定的弦，用手把它的中u h u 点朝横向拨开距离 h ，（如图〈 1〉所示）然后放0x l / 2 手任其振动。”该物理问题的初始条件为 ( D)。图〈 1〉 2h x, x[0, l ] u t h A ．u t l2 l B．0 o u t0 2h(l x), x, l ]t 0 l [ 2 2h l x, x [ 0,] u t l2 C．u t0h D．02h l (l x), x [,l ] l2 u t t00 8．“线密度为，长为 l 的均匀弦，两端固定，开始时静止，后由于在点x0(0 x0l ) 受谐变力 F0 sin t 的作用而振动。”则该定解问题为(B)。 u tt a2 u xx F0 sin t(x x ) ,(0x l ) A ． u
福师大物理系《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） () () ? ? ? = = 2 1 , , C y x v C y x u 这两曲线族在区域上正交。 3）()y x u,和()y x v,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 f δδδ 6、写出复数2 31i +的三角形式和指数形式（8分） 三角形式：()3sin 3cos 231cos sin 2 321isin cos 222ππ? ?ρ??ρi i i +=++=+=+ 指数形式：由三角形式得： 313πρπ?i e z === 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=2 1)2)(1()1(lim Re 21)1(=????? ?---=→z z z z sf z
数学物理方法课程教学大纲 一、课程说明 （一）课程名称：数学物理方法 所属专业：物理、应用物理专业 课程性质：数学、物理学 学分：5 （二）课程简介、目标与任务 这门课主要讲授物理中常用的数学方法，主要内容包括线性空间和线性算符、复变函数、积分变换和δ-函数、数学物理方程和特殊函数等，适当介绍近年来的新发展、新应用。本门课程是物理系学生建立物理直观的数学基础，其中很多内容是为后续物理课程如量子力学、电动力学等服务，是其必需的数学基础。 这门课中的一些数学手段将在今后的基础研究和工程应用中发挥重要的作用，往往构成了相应领域的数学基础。一般来讲，因为同样的方程有同样的解，掌握和运用这些数学方法所体现的物理内容将更深入，更本质。 （三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接 本课程以普通物理、高等数学和部分线性代数知识为基础，为后继的基础课程和专业课程研究有关的数学问题作准备，也为今后工作中遇到的数学物理问题求解提供基础。 （四）教材：《数学物理方法》杨孔庆编 参考书：1. 《数学物理方法》柯朗、希尔伯特著 2. 《特殊函数概论》王竹溪、郭敦仁编著 3. 《物理中的数学方法》李政道著 4. 《数学物理方法》梁昆淼编 5. 《数学物理方法》郭敦仁编 6. 《数学物理方法》吴崇试编 二、课程内容与安排 第一部分线性空间及线性算子 第一章R3空间的向量分析 第一节向量的概念 第二节R3空间的向量代数
第三节R3空间的向量分析 第四节R3空间的向量分析的一些重要公式 第二章R3空间曲线坐标系中的向量分析 第一节R3空间中的曲线坐标系 第二节曲线坐标系中的度量 第三节曲线坐标系中标量场梯度的表达式 第四节曲线坐标系中向量场散度的表达式 第五节曲线坐标系中向量场旋度的表达式 第六节曲线坐标系中Laplace（拉普拉斯）算符▽2的表达式第三章线性空间 第一节线性空间的定义 第二节线性空间的内积 第三节Hilbert（希尔伯特）空间 第四节线性算符 第五节线性算符的本征值和本征向量 第二部分复变函数 第四章复变函数的概念 第一节映射 第二节复数 第三节复变函数 第五章解析函数 第一节复变函数的导数 第二节复变函数的解析性 第三节复势 第四节解析函数变换 第六章复变函数积分 第一节复变函数的积分 第二节Cauchy（柯西）积分定理 第三节Cauchy（柯西）积分公式 第四节解析函数高阶导数的积分表达式 第七章复变函数的级数展开
数学物理方法 Mathematical Methods in Physics 课程编号：22189906 总学时：72学分：4 课程性质：专业必修课 课程内容：数学是物理学的表述语言。复变函数论和数学物理方程是学习理论物理课程的重要的数学基础。该课程包括复变函数论和数学物理方程两部分。复变函数论部分 介绍复变函数的微积分，级数展开，留数及其应用以及积分变换等内容。数学物 理方程部分包括物理学中常用的几种数学物理方程的导入、解数学物理方程的分 离变量法、作为勒让德方程的解的勒让德多项式和作为贝塞尔方程的解的贝塞尔 函数及其性质以及格林函数的基本知识。该课程有着逻辑推理抽象严谨的特点， 同时与物理以及工程又有着紧密的联系，是理工科学生必备的数学基础知识。我 们将把抽象的数学知识和在物理学中的应用结合起来，使学生不但能学习数学本 身，同时还能提高学生运用所学数学知识解决实际问题的能力。 先修课程：高等数学 参考书目：《数学物理方法》（陆全康、赵蕙芬编），第二版高等教育出版社《数学物理方法》（吴崇试）第二版，北京大学出版社 力学和热学 (1)与(2) Mechanics and Thermal Physics (1) and (2) 课程编号：22189936、22189937 总学时：28、72 学分：2、4 课程性质：专业必修课 课程内容：本课程由力学和热学两大部分组成。力学和热学都是大学物理的基础部分，是物理学各门课程的重要基础课程。力学的主要内容包括三方面：在牛顿力学方面， 主要学习牛顿定律、动量定理和动量守恒定律、动能原理及机械能守恒定律；在 刚体定轴转动方面，主要学习转动定律和角动量守恒；在振动和波方面，主要学 习简谐振动和平面简谐波。热学的主要内容包括分子物理学和热力学，主要学习 温度，热力学第一定律、第二定律，热机效率及熵增加；气体分子运动论的基本 方法，气体压强公式，分子平均动能，气体分子的麦克斯韦速率分布律，能量均 分定理。 先修课程：高等数学A(1) 参考书目：《力学》，漆安慎、杜婵英，高等教育出版社，1997年；《热学教程》（第二版），黄淑清、聂宜如、申先甲编，高等教育出版社，1994年
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） () () ? ? ? = = 2 1 , , C y x v C y x u 这两曲线族在区域上正交。 3）()y x u,和()y x v,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 f δδδ 6、写出复数 231i +的三角形式和指数形式（8分） ￥ 三角形式：()3 sin 3cos 231cos sin 2 321isin cos 222ππ? ?ρ??ρi i i +=++=+=+ 指数形式：由三角形式得： 313πρπ?i e z === 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=2
第一章 复数与复变函数（1） 1.计算 )(1)2; i i i i i -=-=-()122(12)(34)(2)510212 2. ;345(34)(34)591655 i i i i i i i i i i i i +-++--+++=+=-=---+-+5551 (3).; (1)(2)(3)(13)(3)102i i i i i i i ===------4222(4).(1)[(1)](2)4; i i i -=-=-= -112 2 ())] a bi =+= 112 22 4 sin )]()(cos sin );22i a b i θ θ θθ=+=++ 3. 设 1z = 2;z i =试用三角形式表示12z z 及12z z 。 解： 121cos sin ;(cos sin );4 4 266z i z i π π ππ=+= + 121155[cos()sin()](cos sin ); 2464621212z z i i ππππππ =+++=+ 122[cos()sin()]2(cos sin );46461212z i i z ππππππ=-+-=+ 11.设123,,z z z 三点适合条件1230z z z ++=及1231;z z z ===试证明123,,z z z 是一个内接于单位圆z =1的正三角形的顶点。 证明：1230;z z ++=z 123231;312;;z z z z z z z z z ∴=--=--=-- 122331;z z z z z z ∴-=-=-123,,z z z ∴所组成的三角形为正三角形。 1231z z z === 123,,z z z ∴为以z 为圆心，1为半径的圆上的三点。 即123z ,z ,z 是内接于单位圆的正三角形。
12届真题 1． 求下列各小题（2*5=10分）： （1）用几何图形表示0arg(1)4z π<-< ； （2）给出序列(1/)sin 6 n n z i n π=+的聚点； （3）在复数域中求解方程cos 4z =的解； （4）给出二阶偏微分方程的基本类型； （5）给出解析函数所满足的柯西-黎曼方程。 2．按给定路径计算下列积分（5*2=10分）： （1）320Re i zdz +?，积分路径为线段[0,3]和[3,3+2i]组成的折线； （2 ）11,==?积分路径由z=1出发的。 3．利用留数定理计算下列积分（5*2=10分）： （1）2 41x dx x +∞ -∞+?； （2）3||1z z e dz z =?。 4．求常微分方程20w z w ''-=在0z =邻域内的两个级数解（15分）。 5．求下列线性非奇次偏微分方程的通解：2222u u xy y x y ??-=-??（15分）。 6．利用分离变量法求解：（20分） 2222000 (),|0, |0,0, 0.x x l t t u u x l x t x u u u u t ====???-=-?????==????==??? 7．用拉普拉斯变换方法求解半无解问题（20分）
220, 0,0,(0,)1, lim (,) 0, (,0)|0, 0. x u u x t t x u t u x t t u x x κ→∞???-=>>?????=>??=>??? 有界，
2005级 一、填空（请写在答题纸上，每题6分，共计48分） 1. 三维泊松方程是______________________________ 2. 边界为Γ的区域Ω上函数u 的第二类边界条件为___________________。 3. 极坐标下的二维拉普拉斯方程为__________________________。 4. 定解问题20 02||0tt xx t t t u u x u x u ===-∞<<+∞???==??， ，的解__________________________。 5. 三维拉普拉斯方程的牛曼内问题为______________________________； 其解存在的必要条件为____________。 6. 写出4阶贝塞尔方程的标准形式_____________________________。 7. 设2()J x 为2阶贝塞尔函数，则22()d x J kx dx ????=__________________。 8. 设弦一端在0x =处固定，另一端在x l =处做自由运动。则弦振动问题的边界条件为： 二、（10分）求解定解问题： 200(0)()00()0.t xx x x u a u x l t u t u l t t u x x x l ?=<<>?==≥??=≤≤? ， ，，，，， ， ，0，
数学物理方法Mathematical Method in Physics 西北师范大学物理与电子工程学院 豆福全
第五章 Fourier 变换法 §5 . 0 引言 在数学中，为将较复杂的运算转化为较简单的运算，常常采用变换手段。如数量的乘积或商可以通过对数变成对数的解或差，，而得原来数量的乘积或商。（实质是将乘除运算（复杂）——加减运算（简单）），再如解析几何中的坐标变换，复变函数中的保角变换等均如此。所谓积分变换，就是通过积分运算，把一个函数变成另一个函数的变换，一般是含有参变量 x 的积分 ()()(),b a F f t k t dt αα=? 实质是将某函数类A 中的函数f 通过上述积分运算变成另一类函数类B 中的函数()F α ，这里(),k t α 是一个确定的二之函数，称为积分变换的核。选取不同的积分域和变换核时，就得到不同名称的变换，如(),i t k t e ωα-=积分域()(),,a b =-∞∞则 ()()i t F f t dt e ωω∞ --∞ = ? （ω为实变量）------------Fourier 变换 (),i t k t e ωα-= 积分域()(),0,a b =∞则 ()()0t F f t dt e σ σ∞ -= ? （σ为实变量）-------------Laplace 变换 ()f t 称为象原函数，()F α称为()f t 的象函数，一定条件下，它们是一一对应的，而变 换是可逆的。 积分变换可用来求解方程（如微分方程）。原方程中直接求未知数有困难或较复杂时，则可求它的某种积分变换的象函数，然后再由求得的像函数去找原函数。这种变换的选择应当使得由原来函数的方程经变换得到象函数的方程，易求解。 积分变换的理论和方法在所有科学和各种工程技术中有广泛的应用，我们重点学习Fourier 变换和Laplace 变换。 § 5 . 1 Fourier 级数，积分和Fourier 变 5 .1 .0 引言 研究一个比较复杂的函数时，往往是将它化作一些简单函数的叠加即展开成无穷级数，再利用无穷级数的积分去近似代替它。幂级数就是最简单的函数--------x 的各次幂函数： 1，
数学物理方法习题解答 一、复变函数部分习题解答 第一章习题解答 1、证明Re z 在z 平面上处处不可导。 证明：令Re z u iv =+。Re z x =，,0u x v ∴==。 1u x ?=?，0v y ?=?， u v x y ??≠??。 于是u 与v 在z 平面上处处不满足C －R 条件， 所以Re z 在z 平面上处处不可导。 2、试证()2 f z z = 仅在原点有导数。 证明：令()f z u iv =+。()2 2222,0f z z x y u x y v ==+ ∴ =+=。 2,2u u x y x y ??= =??。v v x y ?? ==0 ??。 所以除原点以外，,u v 不满足C －R 条件。而 ,,u u v v x y x y ???? , ????在原点连续，且满足C －R 条件，所以()f z 在原点可微。 ()00 00 00x x y y u v v u f i i x x y y ====???????? '=+=-= ? ?????????。 或：()()()2 * 00 0lim lim lim 0z z x y z f z x i y z ?→?→?=?=?'==?=?-?=?。 2 2 ***0* 00lim lim lim()0z z z z z z z zz z z z z z z z z =?→?→?→+?+?+??==+??→???。 【当0,i z z re θ≠?=，*2i z e z θ-?=?与趋向有关，则上式中**1z z z z ??==??】
3、设333322 ()z 0 ()z=0 0x y i x y f z x y ?+++≠? =+??? ，证明()z f 在原点满足C －R 条件，但不可微。 证明：令()()(),,f z u x y iv x y =+，则 ()332222 22 ,=0 0x y x y u x y x y x y ?-+≠? =+?+??， 332222 22 (,)=0 0x y x y v x y x y x y ?++≠? =+?+?? 。 3 300(,0)(0,0)(0,0)lim lim 1x x x u x u x u x x →→-===， 3300(0,)(0,0)(0,0)lim lim 1y y x u y u y u y y →→--===-； 3300(,0)(0,0)(0,0)lim lim 1x x x v x v x v x x →→-===， 3300(0,)(0,0)(0,0)lim lim 1y y x v y v y v y y →→-===。 (0,0)(0,0),(0,0)(0,0)x y y x u v u v ∴ = =- ()f z ∴ 在原点上满足C －R 条件。 但33332200()(0)() lim lim ()()z z f z f x y i x y z x y x iy →→--++=++。 令y 沿y kx =趋于0，则 333333434322222 0()1(1)1(1) lim ()()(1)(1)(1)z x y i x y k i k k k k i k k k x y x iy k ik k →-++-++-++++-+==+++++ 依赖于k ，()f z ∴在原点不可导。 4、若复变函数()z f 在区域D 上解析并满足下列条件之一，证明其在区域D 上