物理方程

数学物理方程知识点
Chapter 1：绪论
1.偏微分方程的基本概念名词
2.三大类方程的典型物理模型：弦振动、热传导、
3.二阶方程的标准简化:用坐标变换化简二阶项、用v=ue!"!!"化简一次项
Chapter 2：波动方程
1.D’Alembert公式——Cauchy 初值问题：
半区域用延拓法或特征线法、非齐次方程右端用叠加原理、
2.分离变量法——矩形区域混合初边值问题：
方程分离、特征值与特征函数求解、初值用特征函数展开确定系数
非齐次方程右端用叠加原理、叠加原理一般公式
非齐次边界先化成齐次边界、边界条件最先考虑
3.三维波动方程球平均法——Cauchy 初值问题
三维积分公式的一般表达、极坐标表达
4.二维波动方程降维法——Cauchy 初值问题
二维积分公式的一般表达、极坐标表达
5.能量积分——解的唯一性和稳定性
6.解的无穷远渐进形态
Chapter 3：热传导方程
1.Fourier 变换法——Cauchy 初值问题：1 维或n 维公式
2.分离变量法——矩形混合初边值问题：
place 变换法
4.圆域上的热传导方程、极坐标、Bessel 函数
5.能量积分——解的唯一性和稳定性
6.极值原理——解的唯一性和稳定性
Chapter 4：调和方程
1.分离变量法——Drichlet 问题
圆域内外（内外Poisson 公式）、扇形区域、环形区域、矩形区域、球形区域
非齐次问题先齐次化，或用特征函数法
2.Green 公式、能量积分、变分原理、基本解、基本积分公式、平均值公式、极值原理、唯
一性和稳定性。

3.Green 函数：上班平面、球形区域。

方程 uxx uyy A5ux B5uy C5u D5, 称为椭圆型方程的 标准形。
三、方程的化简
步骤：第一步：写出判别式 a122 a11a22 ，根据判别式判 断方程的类型；
第二步：根据方程（1）写如下方程
a11
(
dy dx
)
2
2a12
dy dx
a22
0
(2)
称为方程（1）的特征方
(2)当 0 时，特征线 (x, y) c. 令 (x, y), (x, y).
其中 (x, y)是与 (x, y)线性无关的任意函数，这样以, 为新变量方程(1)化为标准形 u Au Bu Cu D,
其中A,B,C,D都是 , 的已知函数。
(3)当 0 时，令 1 ( ), 1 ( ). 以 , 为新
程。方程（2）可分解为两个一次方程
dy a12 (3)
dx
a11
称为特征方程，其解为特征线。
设这两个特征线方程的特征线为 (x, y) c1, (x, y) c2.
令 (x, y), (x, y).
第三步(1)当 0 时，令 (x, y), (x, y). 以 , 为 新变量方程（1）化为标准形 u Au Bu Cu D, 其中A,B,C,D都是, 的已知函数。
(3)若在(x0, y0 ) 处 0, 称方程（1）在点 (x0, y0 ) 处为椭圆型方程。
例：波动方程 utt a2uxx f (x,t) a2 0 双曲型
热传导方程 ut a2uxx f (x,t) 0 抛物型
位势方程 uxx uyy f (x, y) 1
椭圆型
二、方程的标准形式
定义：方程
uxy A1ux B1uy C1u D1,

q x x
dxdydz
D u dxdydz x x
❖ 同理沿y, z方向净流入量分别为
y
D
u y
dxdydz,
z
D
u z
dxdydz
❖ 根据粒子数守恒定律，如果平行六面体中没有源和汇. 则单 位时间内增加的粒子数=单位时间内净流入的粒子数. 即
u t
dxdydz
x
(1)要研究的物理量是什么？ 杆沿纵向的位移
（2）被研究的物理量遵循哪些物理定 理？牛顿第二定律，Hooke定律
（3）按物理定理写出数学物 理方程（即建立泛定方程）
取杆长方向为x方向，垂直于 杆长方向的各截面均用它的平衡 位置x标记.
Px, t S
Px dx,tS
x x dx
在任一时刻t，此截面相对于平 衡位置的位移为u(x,t).
杆的受迫振动方程跟弦的受迫振动方程完全一样，只是其中
f (x, t)应是杆的单位长度上单位横截面积所受纵向外力。
(五) 流体力学与声学问题 流体力学中研究的物理量是流体的流动速度v、压强p和密度ρ。 对于声波在空气中的传播，相应地要研究空气质点在平衡位置 附近的振动速度v、空气的压强p和密度ρ。物体的振动引起周 围空气压强和密度的变化，使空气中形成疏密相间的状态，这 种疏密相间的状态向周围的传播形成声波。
第七章 数学物理定解问题
§7.1 数学物理方程的导出 §7.2 定解条件
在科学技术和生产实际中常常要求研究某个物理量(电场强度、 电势、磁感应强度、声压、杂质浓度)在空间的某个区域的分布 情况，以及它们怎样随着时间而变化。这些问题中的自变数不 仅有时间，而且还有空间坐标。
如波动微分方程
2y 1 2y x 2 u 2 t 2

十大物理公式十大物理公式之top10：那就是我们的牛顿第二定律：其中：F代表力的大小；m代表物体质量；v代表物体速度话说牛顿的第二定律可以被当成整个物理学的开端。

仍然记得当年初中学到牛顿第二定律之后心里面有一种豁然开朗的感觉，有一种全宇宙的秘密都尽在于此的感觉在这里我们为什么没有选用牛顿第二定律的通常形式F=ma呢？因为我们这里选用的形式才是牛顿当年提出这个定律时的原始形式，而且这个形式在爱因斯坦的狭义相对论中也是正确的。

但是话又说回来了，牛顿的第二定律终究还仅仅是力学中的基本定律，不能走出力学这个狭隘框架半步。

所以这个牛顿的式子排名第十。

十大物理公式之top9:薛定谔的波动方程：其中：h是折合普朗克常数，m是粒子质量，V 是势能函数，希腊字母phi是粒子的波函数，倒三角的平方是拉普拉斯算符薛定谔的波动方程背后确实没有什么引人入胜的传奇可讲，只是因为有一次，薛定谔先生在演讲宣传“德布罗意波”（就是我们常说的波函数所描述的波）时被一个听众问到“德布罗意波的波动方程是什么”，从而激发起了薛定谔寻找答案的冲动。

但是由这个波动方程的提出所引发的量子力学体系之建立确实是一段百听不厌的传奇。

在物理学史上，量子力学又被称为男孩物理学，因为创立量子力学主体的是一帮平均年龄不到30岁的大男孩。

他们在哥本哈根的“量子教父”：玻尔的带领下共同埋葬了经典物理的宏伟大厦，开辟了另一片崭新的物理天地。

在现代的量子力学体系中，薛定谔方程就像经典力学中的牛顿第二定律一样被作为一项公设来接受。

十大物理公式之top8牛顿的万有引力定律：其中：F是万有引力大小，G是万有引力常量，m1和m2分别是两个质点的质量，r是两质点直接的距离实际上要作一名成功的物理学家，想象力往往也是不可缺少的：他居然会把苹果掉落所受的力与月球围着地球的运动所受到的力认定是同一种力，并且在数学上严格的论证了这个想法！这在我们现代人看起来可能没什么，那是因为我们站在了像牛顿这样巨人的肩膀上，第一个产生这种想法的牛顿先生绝对有做上帝的气质。