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
设φ(x1,…,xn)=0给出方程n∑i,j=1aij∂2u∂xi∂xj+n∑i=1bi∂u∂xi+cu−f=0的特征曲面,即成立n∑i,j=1aij∂φ∂xi∂φ∂xj=0。作可逆坐标变换xi=fi(y1,…,yn),yi=gi(x1,…,xn),则有∂u∂xi=n∑k=1∂u∂yk∂gk∂xi,∂2u∂xi∂xj=n∑k,l=1∂2u∂yk∂yl∂gk∂xi∂gl∂xj+n∑k=1∂u∂yk∂2gk∂xi∂xj,于是方程化为n∑i,j=1aijn∑k,l=1∂2u∂yk∂yl∂gk∂xi∂gl∂xj+⋯=0,即n∑k,l=1ˆakl∂2u∂yk∂yl+⋯=n∑k,l=1(n∑i,j=1aij∂gk∂xi∂gl∂xj)∂2u∂yk∂yl+⋯=0,而原方程的特征曲面化为ˆφ(y1,…,yn)=φ(f1(y1,…,yn),…,fn(y1,…,yn))=0。
n∑k,l=1ˆakl∂ˆφ∂yk∂ˆφ∂yl=n∑k,l=1(n∑i,j=1aij∂gk∂xi∂gl∂xj)(n∑r=1∂φ∂xr∂fr∂yk)(n∑s=1∂φ∂xs∂fs∂yl)=n∑i,j=1aijn∑r,s=1∂φ∂xr∂φ∂xs(n∑k=1∂fr∂yk∂gk∂xi)(n∑l=1∂fs∂yl∂gl∂xj)=n∑i,j=1aijn∑r,s=1∂φ∂xr∂φ∂xsδriδsj=n∑i,j=1aij∂φ∂xi∂φ∂xj=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M0∈S使lim,则对M_0在S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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