第� �卷 第 � 期
� ! 年 ∀ 月 太 原 工 业 大 学 学 报
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齐次化定理及其应用
常师 贞 张宝玉
<数学力学系 =
郑 渝
<基拙理论部 =
摘 要 本文总结提高 了关于求解非齐次线性微分方程定解问题的四个齐次化
定理 , 并举了一 些例子说明其实用性及应 用的广泛性 。
关匆词 非齐次 > 齐次化定理 > 线性微分方程
% 齐次化定理
本文中出现的有等价意义的代号有 :
必一票 , 厌 一器 , 黑 >一黔 &
定理 � 设月。> ,
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的解 , 则
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为问题
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太 原 工 业
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犬 学 学 报
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定理 < 若研 = 尸 ∃ 8 , 才> , 5 为适定的定解问题
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∃ 定理 % 证毕 5
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为问题
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的解 。
证明 , 由 ∃ <
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5 式 , 得
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绍落期 常师负等 齐次化定理及其应用
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的解 , 则
。 , Α =“ Κ:Υ <Ι , ‘> ·’“) < ∀
为问题
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的解 。
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Χ :一牙<二 , , > , =Β ∗:Χ 。才<二 , ‘> ·= ϑ ·
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Χ :一才Φ‘二 , ‘> ‘=Β �:Χ :牙 <Ι , ‘> ·= ϑ ·
一 , <Ι , ‘= Β艾〔一 Χ , ·砰<Ι , ‘> · ,〕ϑ ·
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故 < ∀ = 式表达的。<二 , Α= 满足问题 <尸 ∀ = 的泛定方程 。 又当‘二 。, � , � , ⋯ , � 。一 %时 , 有
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Θ Φ, 一 。;
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故 < ∀ = 式表达的。 , Α= 也满足问题 <尸 ∀ =的定解条件。
定理 Ω 设 (为常数 , 若牙一平 , Α > : =为问题
<定理 ∀ 证毕 =
能 太 原 土 业 夫 学 半 报 %Ξ获+年
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; Γ , : =
的解 , 则
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为问题
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∃ Ε ? Ε % , Η 〔Κ! , Σ , � , ⋯ Τ=
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的解 。
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Θ 」。一。“ ∃
Χ : Θ %。二。; ∃
<定理 引正‘荞=
� 应用举例
例 � 求下列常微分方程定解问题
奢Θ ; Θ Β Γ<Α = <Α = ∃ , Γ任Ν =
ΚΘ %。二 ∃ ; ∃ < Λ; ∃ , � , � , ∀ =
旧、旧又
的公式解 。
解 由定理 � 知 , 若万一研‘Α >动为问题
老不 Ζ 班 < ΑΔ : =
老平 �。一 : ; ∃ < Ρ; ∃ , � , � =
君砰 Φ。二 : 二Γ<: =
阮日旧%旧、
第 � 期 常师贞等 齐次化定理及其应用
动ϑ ,
为所求间题的解。 经简单计算 , 易得
不“ > · , 一粤 。卜 ·[ 赵业Ω 。一 <卜 : =一≅必 。Ο。<Α一 : =∴
故所求问题的公式解为
“<, =一 Κ’Σ<: =「粤。卜 : 一 。 一 <卜·》一鲁。 Ρ。<卜 : =�、: &∗ + 0 任 ‘ ∗
例 � 求下列半直线上的热传导问题
, Θ ; Χ 老Θ Β Λ<、 , Α = < Α= ∃ , ∃ < 二 Ε Β ‘ =
Χ Α Θ
<其中Γ和Χ 二 Γ皆连续有界 ,
Γ<∃ , Α=; ∃ =的公式解 &
< ∃ Ε 二 Ε 十沉 =
< ΑΔ ∃ =
对任 卜一正数 ( , ΛΝ 一(Ι ≅在 < ! , Β !∃ = 可积 , 当 Α》 。时 , Γ ; 。
ΧΘ3Χ
解 由定理 � 知 , 若平一不 , Α > )= 为问题
才; Χ 盖才 < Α Δ : , ∃ Ε 二 Ε 十沉 =
3。二 : ; Γ , , =
砰 �二 一 。; !
阿厉阮
的解 , 则
。‘Ι , ‘=一又环·‘Ι , ‘> ·=ϑ ·
为所求问题的解。 众所周知 , 间题
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ΑΔ ! , 一 !∃ Ε ? Ε Β ++
< 一 !∃ Ε ? Ε 十 ∃∃ =
的解为
厂 , Α =
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据此易得
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< ? 一 Ξ = �Ν 一 双不二了 Β Ν 一返
龚妙工异� ,
Ω ‘’一 下 ’ ∗( Ξ
故所求间题的公式解为
“ , Α = Ζ Κ’二一一 Ρ一一一 【⊥+∗ ! � 矿 汀 < Α一 2 = ∗ ∃ Λ<Ξ , : =
< ? 一 Ξ = � < ? Β Ξ = �
Ν 一硕了‘动 一 Β Ν 一 <卜 : = Φ“Ξ ϑ ·
例 ∀ 求解 下列有界弦受迫振动问题
Κ后Ω 太 原 工 业 大 学 学 报 , �日认。年
Χ ∃ ≅ Θ 一 ( ≅Χ ‘一 ’Θ 一 5 Ο‘Η罕 _ � Η ∃ Α < ∃ Ε ? Ε %, Α Δ ∃ =
=Κ。
夕
Τ二 一 。Ζ
Φ亡一。;
Θ Κ? 。 Σ ; !
解 由定理 Ω , 若研
Χ , Θ Φ , 。。“ !
Α > 动为问题
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门=<八曰
�不一 ( 叨二 �班二 ∃ <Α Δ : , ∃ Ε ? Ε %=
二 二 ∃ ; ! ,
Α 二 : 一 + ,
牙 Κ二 一 王; ∃
Χ Α附 �。一 : ; 5 Ο Ρ Η 汀工一了] 一 _ 3 Η 口)
产队&尸偏巴
的解 , 则
Θ
为间题 = 的解 。
为了求厅 < ? ,
弦级数 , 即
, =一Φ:附‘⎯ , ‘> · , ϑ ·
Α > : = 的表达式 , 按问题 <α = 的边界条件将不 < ? , Α > : =写成富氏正
班<二 , Α > : = ; 艺 2 β<Α , : =β & ! β
兀
Ο ’ Η 一� 一 ?
把这正弦级数代入问题 <α = 的泛定方程 , 便有
〔了, 、· Β宇�一2 β〕6 ‘·
书
关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf
义 “ +Π习川
由此得常微分方程
。 , , & β ≅兀 � ( � 。丈 β %% 十 一不一 Σ β ; 。
解此方程 , 得
了 β<Α , : =二 7 β<: = 7 + 6叫旦 Β 从<· =6 , Η χ( ΝΟ笋,)是有
邢<二 Α > 动一 习
七 , !
〔7 β<· =一洲困 Β Χ β<·= 6‘·叫困〕Π 、· 冷汀刁一 ?
再联系问题 <α = 的初始条件 , 有
耘⋯。一愈7 、<· , 6 ‘·几一 ?
Κ5 6 , Η芍竺 6‘一叠Χ δ <· = <粤 = 6 、Η 粤Ι
比较两边系数 , 得
7 β<: =; + Χ , <: =一 5 Ο Ρ。。 : &二一汀 (
Χ 、<: =; ∃ <寿二 � , Ο , ⋯ =
染飞期 常师点等 齐次化定理及其应用
于是得 才 , Α > 动 ; 5 6‘一‘Η型黔旦Ο‘ β兀Η Ζ刁εΝ 戈
故问题 = 的解为
“<、 , , =一 <‘二上 Ο > 。。 : Ο、。三虹上业∗ 汀 ( 不 β兀Ο ’ Η Ζ ]了] ? ϑ 了
百%
汀 �( � <。 Ο泛Η“( <。 “一 %
‘一子 Ο‘Η 。‘=, ‘Η子 ·
例 Ω 求下列全直线上的扩散问题
)Χ 。Θ ; ( , 里Θ 一 χ Θ Β Γ , Α = < Α Δ ∃ , 一∃φ Ε ? Ε Β ∃φ , χΔ ! =
场 , 的二 ∃ <一 ∃φ Ε ? Ε Β 二 =
<其中Γ ,
的公式解 。
解
Χ 二Γ皆连续有界 > 对任一正数 ( , ΓΝ 一(? “在 <一 ∃φ , Β ∃φ =可积 > 当Α < ∃ 时 , Γ ;; ∃ =
由定理 % 知 , 若班 <二 , Α > : = 为问题
厂从附 ; 。叨奥甲一 χ砰 < Α Δ ) , 一 +7 Ε ? Ε 十 +7 =
戈班 Τ卜 Α 二%< 二 , ) = <一 ∃φ Ε ? Ε Β ∃φ =
的解 , 则
·‘二 , ‘= 一ΚΚ牙 <Ι , ‘> · = ϑ ·
为所求问题的解 。
由参考文献 <�〕, 易知
环尹 <Ι , ‘> · , 一Κ十 !! Λ< Ξ , : =一 ‘ �( 了 二<Α 一 : =
一〔、<Α一 , Β从荞殊] 〕% , ϑ ς
故所求问题的公式解为
例 _
一 〔%Ρ<Α 一 , =ΒΓ “ ΓΒ 。 Γ<ς , 了=Θ 气? , ‘ = 二 & � 万一勺‘于尸Γ 旨于一 ‘∗ ∃’, 一 !+ 艺( 犷 兀、万一 公 =
求下列三维空间中对称于原点的球面波动问题
一 Ξ = �
Ω ( � <Α 一 丫= ϑ Ξ ϑ )
厂Κ ”·℃十子Χ ,口一Χ 。、Κ复次瓦二。 厂分夕户
; Λ<) , Α = < ) ; 了二 “Β 夕 “Β 二 “ Δ ! , Α = ∃ =
=
<其中Γ 任7 ‘ <关于 : = , %任7 <关于 Α = > 当Α < ∃ 时 , Γ一 。 = 的公式解 。
解 由定理 � 知 , 若平 < ) , Α > : = 为问题
县Ν 太 · 峨‘一 二主 & 业 大 半 攀 报 恤白湘年
Χ , �职Β 兰Χ ,研一Χ , �不; ⊥ <广Δ : , , Δ ∃ =
<α =
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班 Τ。。 : ; !
Χ 。不 Φ。& : 一Λ< : ,
了ΨΦ%γ∗‘、&��η
的解 , 则
为 问题 =
当
,
的解
‘=一女‘厂<· , ‘> · , ϑ ·
由参考文献 〔∀〕易见 , 不犷< : , Α > : = 的表达式 为
Α一 : 簇 + 时
当
不# <: , Α > : =; ∃ :
! Ε Α 一 ) < )时 ,
环) <) , ‘ > · , 一六Κ
亦即 : 》 Α 一 :时 ,
) Β Α 一 )
( Γ<( , ) =ϑ (
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当) Ε Α 一 : 时 , 亦即) Ε Α 一 : 时 ,
、<: , , > : =一失【‘不∗
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∀ 结束语
由 � 中所举之例 , 就是以说明本文给出的四个定理都是比较实用的 , 而且它们的应用范
围也是比较广泛的 。
参 考 文 献
布达克 α ∋ , 沙玛尔斯基 人 / , 吉洪诺夫/ 8 & 数学物理题解 & 重庆 : 科学技术 出版社重 庆分社 , � Π�
∀� Π Ζ ∀ ∀ !
吉洪诺夫 / 8 , 沙玛 尔斯基/ / 著 > 黄克欧等译 & 数学物理方程 & 北京 : 人民教育出版社 , � ι �: & ι �Ζ ι_
Ν ∃ ςΟ∃ ∃ 5 2 & ς ( ) Α Ρ( % ϑ ΡΓ)Ν ) ΝΗ Α Ρ( % Ν ϕ ∃ ( Α Ρ∃ Η Ο & 0 ∃ Η ϑ ∃ Η & 7 ( Μ κ ) Ρϑ λ Ν Θ Η Ρμ Ν ) Ο ΡΑ ν , %。了_ : 。一二。�
& 第 Α 期 常师负等 齐次化定理及其应拍 取 ’好片
8 ∃ Μ ∃ λ Ν Η Ν ∃ Θ Ο 2 χΝ ∃ ) Ν Μ ( Η ϑ ΡΑ Ο / ΞΞ % ΡΝ ( Α Ρ ∃ Η
7 χ (昭 6χ Ρ Σ χ ΝΗ & ≅ χ( Η λ α ( ∃ ν Θ Σ χ ΝΗ λ 4 Θ
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Ω χ ∃ Μ ∃ λ Ν瓦Ν ∃ Θ Ο Α χ Ν ∃ ) ∃ Μ Ο ∃ Η Ο ∃ %μ Ρ Η λ Α χ Ν ϑ Ν ΓΡ Η Ρ Α Ν Ξ ) ∃ κ %ΝΜ Ο ∃ Γ Η ∃ Η ]
χ ∃ Μ ∃ λ ΝΗ Ν∃ Θ Ο �� Η Ν ( ) ϑ Ρ ΓΓΝ ) Ν Η ΑΡ ( ΑΡ、Η λ Ν ϕ Θ ( ΑΡ ∃ Η ( ) Ν ΟΘ Μ Μ Ν ) Ρ Σ Ν ϑ (Η ϑ Ρ Μ ς) ∃ ]
下Ν ϑ & 5 ? (Μ Ξ %Ν Ο ( ) Ν ( %Ο∃ λ Ρ μ Ν Η Α ∃ Ο χ ∃ ε Αχ Ν > : Ο ( κΡ %Ρ Αν ( Η ϑ λ Ν Η Ν ) ( %Ρ Σ ( Α Ρ ∃ Η
∃ Γ Α χ Ν ς) ∃ Ο Ν Η Α Ν ϑ ) Ν ΟΘ %Α
ο Νν ε ∃ )ϑ Ο Η ∃ Η 一 χ∃ Μ ∃ λ Ν Η ΝΡ Αν > χ∃ Μ ∃ λ Ν Η Ν ∃ Θ Ο Αχ Ν ∃ ) ΝΜ > ϑ Ρ ΓΓΝ ) Ν Η Α Ρ ( Α一
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