数学物理方法第6章
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数学物理方法第6章第6章介绍了数学物理方法中的常用技术,包括泛函、分析和变换技术。
这些技术在数学物理领域中有着广泛的应用,可以帮助我们理解和解决复杂的物理问题。
首先介绍了泛函方法。
泛函是一个从一组函数到数域的映射,可以将一个函数空间中的函数映射到实数集合中。
泛函方法可以将物理问题转化为最小值或最大值问题,通过求解泛函的极值来获得系统的稳定状态或基本解。
泛函方法可以用于求解最小作用量原理、拉格朗日方程和哈密顿方程等问题。
在应用中,我们往往需要寻找适当的泛函形式和适当的变分条件来解决实际问题。
接下来介绍了分析方法。
分析方法是研究数学对象、函数和变量之间关系的方法。
在物理问题中,我们常常需要使用分析方法来处理不同变量之间的关系,并找到它们之间的相互作用。
分析方法常常包括微分方程、积分方程、级数展开和奇异性理论等技术。
这些方法可以帮助我们分析物理系统的稳定性、解决边值问题和求解特殊函数等。
最后介绍了变换方法。
变换方法是将一个数学对象转化为另一种形式的方法。
在物理问题中,我们常常需要使用变换方法来转化物理问题的表达式,从而更容易求解或进行分析。
常见的变换方法包括拉普拉斯变换、傅立叶变换和方程变换等。
这些变换方法可以帮助我们将原问题转化为更简单的问题,进而得到物理系统的解析解或近似解。
在实际应用中,我们常常需要将这些方法结合起来使用,通过分析物理问题的特点并选择合适的数学方法来解决。
数学物理方法的应用不仅可以帮助我们理解物理规律,还可以为物理学的进一步发展提供基础。
因此,学习和掌握数学物理方法对于从事物理学研究的学生和科研人员来说都具有重要意义。
总结起来,数学物理方法第6章介绍了泛函、分析和变换等常用技术。
这些技术在数学物理领域中有着广泛的应用,可以帮助我们理解和解决复杂的物理问题。
通过学习和应用这些方法,我们可以更好地理解数学与物理之间的关系,提高解决问题的能力,并为物理学的发展做出贡献。
第六章产汇流过程模拟6.1 概述6.1.1 径流简介流域的降水或是冰雪融水在重力作用下,由地面与地下汇入河网,流出流域出口断面的水流,称为径流。
由于径流的来源不同,径流形成过程及径流特性也就不尽相同,因此,可把径流分为降雨径流和冰雪融水径流。
我国的河流以降雨径流为主,冰雪融水径流只是在西部高山及高维地区河流的局部地段发生。
由降雨到达地面或是冰雪融水产生时起,到这些水流流经出口断面的整个物理过程,称为径流形成过程。
径流形成过程一般又可分为产流和汇流两个过程,产汇流模拟就是模拟径流形成的整个过程,在具体应用中,可以根据模拟目的的不同而选取径流形成全过程中的部分内容进行模拟。
径流是水循环中的一个基本环节,无论产流模拟还是汇流模拟都以它为模拟对象,可以说它是产汇流模拟中最根本的模拟要素。
6.1.2 径流形成过程径流形成过程是一个极其复杂的物理过程,精确的描述这一过程几乎是不可能完成的任务,但我们却可以将其概化为若干子过程,然后用尽可能精确的数学物理方法来表示。
总的来说,径流形成过程可概化成产流过程和汇流过程。
(1)产流过程由于流域下垫面情况的不同,流域产流过程又有蓄渗过程和超渗过程之分。
降雨开始后,除一小部分(一般不超过5%)降落在河槽水面上的雨水直接形成径流外,大部分降雨并不立即产生径流,而消耗于植物截留、下渗、填洼与蒸散发。
在降雨过程中植物截留量不断增加,直至达到最大截留量。
对于流域来说,植物截留量与降水量、植被类型及郁闭程度有关。
对于非森林流域,流域截留量一般在几mm以内,但在森林茂密的植被,年最大截留量可达年降水量的20~30%,雨止后截留的雨水最终消耗于蒸发。
下渗发生在降雨期间及雨停后地面尚有积水的地方。
下渗强度的时空变化很大。
在降雨过程中,当降雨强度小于下渗能力时,雨水将全部渗入土壤中。
渗入土壤中的水,首先满足土壤吸收的需要,一部分滞蓄于土壤中,在雨停后耗于蒸发,超出土壤持水力的水将继续向下渗透。
《数学物理方法》第六章勒让德函数勒让德函数是数学物理方法中常用的一个函数类,在物理学中起到了非常重要的作用。
本文将主要介绍勒让德函数的定义、性质及其在物理学中的应用。
一、勒让德函数的定义勒让德函数是由法国数学家勒让德在18世纪末引入的一类特殊函数。
它定义为下面的级数形式:P(x)=(1/2^1*1!)-(1*3/2^3*3!)x^2+(1*3*5/2^5*5!)x^4-...其中x是实数,级数是一个无穷级数,并且级数的每一项都是有序的一系列多项式函数。
勒让德函数也可以通过勒让德方程的解来定义。
二、勒让德函数的性质1. 正交性:勒让德函数是正交的,即对于不同的n和m,有积分∫(-1,1) Pn(x) Pm(x) dx = 02. 归一性:勒让德函数可以通过归一化得到,即对于每个n,有∫(-1,1) Pn(x) Pn(x) dx = 2 / ( 2n + 1)3.递推关系:勒让德函数之间存在递推关系,即(n+1)Pn+1(x)=(2n+1)xPn(x)-nPn-1(x)。
这个关系可以用于计算勒让德函数的高阶项。
三、勒让德函数在物理学中的应用勒让德函数在物理学中有广泛的应用,下面介绍其中的几个重要应用:1.量子力学中的角动量:在量子力学中,勒让德函数可以用来描述角动量的量子态。
勒让德函数的特殊性质使其成为表示角动量本征态的一组完备的基函数。
2.球谐函数的展开:勒让德函数可以用来展开球谐函数,球谐函数在物理学中具有广泛的应用。
通过勒让德函数,我们可以得到球面上各点的球谐系数,从而描述球面上的物理量分布。
3.圆形波导中的电磁场分布:勒让德函数可以用来描述圆形波导中的电磁场分布。
圆形波导是一种常见的波导结构,在无线通信、微波技术等领域有着重要的应用。
总结:本文主要介绍了勒让德函数的定义、性质及其在物理学中的应用。
勒让德函数作为一种特殊的函数类,具有正交性、归一性和递推关系等重要的性质,广泛应用于量子力学、电磁场分布等领域。
第六章 习题答案6.1-1 求解下列本征值问题的本征值和本征函数。
(1)0=+''X X λ ()00=X ()0='l X(2)0=+''X X λ ()00='X ()0='l X (3)0=+''X X λ ()00='X ()0=l X (4)0=+''X X λ()0=a X()0=b X解:(1)0=λ时,()b ax x X +=,代入边界条件得 ()00==b X 和()0=='a l X 得到()0=x X ,不符合,所以0≠λ0>λ时,()x b x a x X λλsin cos +=,代入边界条件得()00==a X ,()()2224120sin ln l b l X nπλλ+=⇒==',2,1,0=n所以:()()21sin 2n n X x x lπ+=,2,1,0=n(2)0=λ时,()b ax x X +=,代入边界条件得 ()00=='a X 和()0=='a l X ,所以()b x X =存在。
0>λ时,()x b x a x X λλsin cos +=,代入边界条件得()000=⇒=='b b X λ,() ,2,10sin 222==⇒=-='n ln l a l X n πλλλ综合:本征值:222ln n πλ=,2,1,0=n本征函数:()x ln x X n πcos = ,2,1,0=n(3)0=λ时,()b ax x X +=,代入边界条件得 ()00=='a X 和()0==b l X ,()0=x X 不符合。
0>λ时,()x b x a x X λλsin cos +=,代入边界条件得()000=⇒=='b b X λ,()() ,2,1,04120cos 222=+=⇒==n ln l a l X nπλλ本征函数:()()21cos 2n n X x x lπ+= ,2,1,0=n(4)0=λ时,()d cx x X +=,代入边界条件得 ()0=+=d ca a X 和()0=+=d cb l X ,得到b a =,故0≠λ。
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 ∴==。
1ux∂=∂,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()2f z z=仅在原点有导数。
证明:令()f z u iv =+。
()22222,0f z z x y u x y v ==+ ∴ =+=。
2,2u u x y x y ∂∂= =∂∂。
v vx y∂∂ ==0 ∂∂。
所以除原点以外,,u v 不满足C -R 条件。
而,,u u v vx y x y∂∂∂∂ , ∂∂∂∂在原点连续,且满足C -R 条件,所以()f z 在原点可微。
()000000x x y y u v v u f i i x x y y ====⎛⎫∂∂∂∂⎛⎫'=+=-= ⎪ ⎪∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭。
或:()()()2*000lim lim lim 0z z x y z f z x i y z∆→∆→∆=∆=∆'==∆=∆-∆=∆。
22***0*00limlim lim()0z z z z z z zzz z z z z z zz z=∆→∆→∆→+∆+∆+∆∆==+−−→∆∆∆。
【当0,i z z re θ≠∆=,*2i z e z θ-∆=∆与趋向有关,则上式中**1z zz z∆∆==∆∆】3、设333322()z 0()z=00x 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()33222222,=00x y x y u x y x y x y ⎧-+≠⎪=+⎨+⎪⎩, 33222222(,)=00x y x y v x y x y x y ⎧++≠⎪=+⎨+⎪⎩。