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偏微分方程

中山大学数学学院2019学年秋季学期数学与应用数学专业《偏微分方程》课程网站

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第十六周作业

本次作业题包括习题4.2第3题和习题4.3第4题。

习题4.2

3

φ(x1,,xn)=0给出方程ni,j=1aij2uxixj+ni=1biuxi+cuf=0的特征曲面,即成立ni,j=1aijφxiφxj=0。作可逆坐标变换xi=fi(y1,,yn)yi=gi(x1,,xn),则有uxi=nk=1uykgkxi2uxixj=nk,l=12uykylgkxiglxj+nk=1uyk2gkxixj,于是方程化为ni,j=1aijnk,l=12uykylgkxiglxj+=0,即nk,l=1ˆakl2uykyl+=nk,l=1(ni,j=1aijgkxiglxj)2uykyl+=0,而原方程的特征曲面化为ˆφ(y1,,yn)=φ(f1(y1,,yn),,fn(y1,,yn))=0

nk,l=1ˆaklˆφykˆφyl=nk,l=1(ni,j=1aijgkxiglxj)(nr=1φxrfryk)(ns=1φxsfsyl)=ni,j=1aijnr,s=1φxrφxs(nk=1frykgkxi)(nl=1fsylglxj)=ni,j=1aijnr,s=1φxrφxsδriδsj=ni,j=1aijφxiφxj=0

这表明ˆφ(y1,,yn)=0给出了新方程的特征曲面。

习题4.3

4

反设存在M0S使lim,则对M_0S的某个邻域内的M_1\in S\cap B_r(M_0)都成立\displaystyle\lim_{\Omega_1\ni M\to M_1}\begin{pmatrix}u_{xx}&u_{xy}\\u_{yx}&u_{yy}\end{pmatrix}\neq\lim_{\Omega_2\ni M\to M_1}\begin{pmatrix}u_{xx}&u_{xy}\\u_{yx}&u_{yy}\end{pmatrix},于是这邻域为调和方程的弱间断线。然而调和方程没有弱间断线,这个矛盾表明u的二阶偏导数在S也连续。

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