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1、本章主要内容,能够导出并且记住一维波动方程的通解(达朗贝尔公式); 掌握达朗贝尔公式的应用和物理意义; 掌握行波法解题的要领,并且能够使用行波法求解定解问题;,第七章 行波法,1,PPT学习交流,7.1 行波法一维波动方程的达朗贝尔解,考虑如下定解问题(无界弦的自由振动问题):,一、达朗贝尔公式,2,PPT学习交流,一、达朗贝尔公式,7.1 行波法一维波动方程的达朗贝尔解,式,算符分解,坐标变换:,3,PPT学习交流,一、达朗贝尔公式,7.1 行波法一维波动方程的达朗贝尔解,4,PPT学习交流,一、达朗贝尔公式,7.1 行波法一维波动方程的达朗贝尔解,5,PPT学习交流,一、达朗贝尔公式,7.
2、1 行波法一维波动方程的达朗贝尔解,6,PPT学习交流,一、达朗贝尔公式,7.1 行波法一维波动方程的达朗贝尔解,7,PPT学习交流,一、达朗贝尔公式,达朗贝尔公式 DAlembert,7.1 行波法一维波动方程的达朗贝尔解,8,PPT学习交流,一、达朗贝尔公式,7.1 行波法一维波动方程的达朗贝尔解,9,PPT学习交流,行波法解题要领,行波法的提法来自于研究行进波。其解题要领为: (1)引入特征变换,把方程化为变量可积的形式,从而得到方程的通解; (2)使用定解条件确定通解中的任意函数(对于常微分方程为常数),从而得到其特解。 注意:由于偏微分方程求解较难,大部分偏微分方程的通解均不易获得,
3、使用定解条件确定其任意函数或常数也绝非易事,故行波法也有其较大的局限性。但是对于研究波动问题,行波法自有其独特的优点(实际上我们主要只使用它研究波动问题)。因此行波法是求解数学物理方程的基本的和主要的方法之一。,10,PPT学习交流,四、关于达朗贝尔公式的应用,7.1 行波法一维波动方程的达朗贝尔解,11,PPT学习交流,四、关于达朗贝尔公式的应用,7.1 行波法一维波动方程的达朗贝尔解,12,PPT学习交流,四、关于达朗贝尔公式的应用,7.1 行波法一维波动方程的达朗贝尔解,13,PPT学习交流,7.2 行波法强迫振动,强迫振动问题,14,PPT学习交流,强迫振动问题,7.2 行波法强迫振动
4、,15,PPT学习交流,五、强迫振动问题,7.2 行波法强迫振动,16,PPT学习交流,行波法复习小结,1、一维无界弦自由振动的初值问题,2、行波法解波动方程的基本思想与关键步骤: 基本思想:先求出偏微分方程的通解,然后用定解条件确 定特解。 关键步骤:通过变量变换,将波动方程化为便于积分的齐 次二阶偏微分方程。,17,PPT学习交流,代入初始条件,达朗贝尔公式,18,PPT学习交流,3、达朗贝尔解的物理意义,4、行波法的应用,求解一维无界弦的自由振动(齐次)问题;(7.1) 求解一维无界弦的强迫振动(非齐次)问题;(7.2),基本思想:利用偏微分方程和定解条件的线性叠加性质, 将定解问题分解
5、为自由振动和纯强迫振动两部分。 关键步骤:利用冲量原理法求解纯强迫振动,19,PPT学习交流,20,PPT学习交流,4、行波法的应用,求解一维无界弦的自由振动(齐次)问题; (7.1) 求解一维无界弦的强迫振动(非齐次)问题;(7.2) 求解半无界弦的自由振动问题,端点的反射:,端点固定,边界条件,达朗贝尔公式是无限长弦的公式。由于自变量限制为x0,当tx/a时,上式后两项无意义,必须将 u(x,t) 延拓到这个范围。,初始条件,定解问题,讨论:,21,PPT学习交流,代入初始条件:,延拓方法:首先由泛定方程的通解入手:,代入边界条件:,令,奇延拓,22,PPT学习交流,所以做奇延拓:,由边界条件:,达朗贝尔解为:,23,PPT学习交流,(1)x at, 即 x - at 0,结果讨论:,24,PPT学习交流,(2)x at, 即 x -at 0,25,PPT学习交流,4、行波法的应用,求解一维无界弦的自由振动(齐次)问题; 求解一维无界弦的强迫振动(非齐次)问题;(7.2) 求解半无界弦的自由振动
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