位势论

✍ dations ◷ 2025-11-15 01:57:14 #位势论,偏微分方程

位势论(Potential theory)是数学的一支,它可以定义为调和函数的研究。

“位势论”一词的来源在于,在19世纪的物理学中,自然界的基本力被相信为从满足拉普拉斯方程的位势导出。因此,位势论研究可以作为位势的函数。今天,我们知道自然界更为复杂——表述力的方程可以是诸如爱因斯坦场方程或者杨-米尔斯方程这样的非线性偏微分方程的系统,而拉普拉斯方程只是在受限情况下的近似。但是,“位势论”一词还是保留了作为对满足拉普拉斯方程的函数的研究的方便叫法。

很显然,位势论和拉普拉斯方程的理论有很大程度的重叠。这个程度是:可能可以在两个领域划分一个区别,区别在于重点而不是主题,并且主要在于下列区别——位势论注重函数的性质而不是方程的性质。例如,调和函数的奇点的一个结果可说属于位势论;而关于解如何依赖于边界条件的一个结果,却是拉普拉斯方程理论。当然,这不是一个严格和显然的区别,实践上两个领域有很大交叉,它们的结果和方法相互为用。

调和函数的研究有个基本而有用的原理,就是拉普拉斯方程的对称性。首先注意到拉普拉斯方程是线性的(不过这并非寻常意义下的对称),这意味着位势论的基本对象是由函数组成的线性空间,我们将在后面章节看到它的重要性。

就通常所谓的“对称”来说,我们可以从下述定理起步:n 维拉普拉斯方程的对称群恰好是 n 维欧氏空间的共形映射群,简称共形群。从此得到几个推论:

由于二维的共形变换群本身是无穷维,而在三维以上则是有限维的,我们可以猜测位势论在二维与在三维以上的性质迥异。的确如此;事实上,任何二维调和函数都是一个全纯函数的实部,因此二维位势论本质上不外是单变数的复分析。

因此,当人们谈到位势论,通常都将焦点集中在那些对三维以上成立的定理。让人惊奇的是许多来自复分析的定理与概念(例如施瓦兹定理、莫雷拉定理、魏尔施特拉斯-卡索拉蒂定理以及奇点的相关理论等等)可在高维中推广,我们可以借此感觉到哪些是一般理论的特例,而哪些又是单变数复分析独有的结果。

位势论的重要课题之一是调和函数的局部行为,其中最基本的也许是拉普拉斯方程的正则性定理,此定理断言调和函数是解析函数。也有些结果是描述调和函数的等位面之局部结构,例如 Bôcher 定理,它描述正调和函数的孤立奇点。如前一节所述,调和函数的孤立奇点可分类为可去除奇点、极点与本性奇点。

研究调和函数的一种卓有成效的办法是研究它们满足的不等式,其中最基本者当属极大值原理,由此可推出大多数其它不等式。另一个重要结果是刘维尔定理,它断言定义在整个 R n {\displaystyle \mathbb {R} ^{n}} 上的有界调和函数必为常数函数。除此之外,还有柯西估计、Harnack 不等式与施瓦茨引理等几个重要的不等式。

这些不等式的重要应用之一是研究一族调和函数或次调和函数的极限,这些收敛定理往往可用来证明存在满足某些特殊性质的调和函数。

由于拉普拉斯方程是线性的,定域上的调和函数集构成一个向量空间。借着赋予适宜的范数与(或)内积,可进一步赋予希尔伯特空间或巴拿赫空间的结构。借此可得到哈代空间、布洛赫空间与柏格曼空间。

本条目含有来自PlanetMath《Potential Theory》的内容,版权遵守知识共享协议:署名-相同方式共享协议。

相关

  • 碧瑶碧瑶,可能指:
  • 金尼洛亚梅萨金尼洛亚梅萨(英语:Kinneloa Mesa)是位于美国加利福尼亚州洛杉矶县的一个非建制地区。该地的面积和人口皆未知。金尼洛亚梅萨的座标为34°10′33″N 118°08′50″W / 34.17583
  • 东加拿大狼东加拿大狼是在1970年代辨识出来的新品种,但直到1999年才进行基因确认。曾有许多种名称,包括:东部狼、东部灰狼和阿尔冈金狼(Algonquin)等等,但最广为接受的是东加拿大狼。其他名
  • 各国伊斯兰教伊斯兰是仅次于基督教的世界第二大宗教。根据2011年发布的一项研究,伊斯兰教拥有18亿信徒,占据超过世界人口的23%。伊斯兰教在中东、萨赫勒、非洲之角、北非地区是主导宗教和
  • 牛亚科牛亚科(学名:Bovinae)在生物分类学中包括24种中至大型的有蹄动物,其中包括家牛、野牛、水牛、牦牛以及四种带角的羚羊。这个亚科内的动物之间的亲属关系还不很清楚。为了显示这
  • 赤堀悟赤堀悟,本名相同,笔名:あかほりさとる(1965年3月8日-),日本男性小说家、轻小说作家、编剧、漫画原作者。SATZ(日语:SATZ)社长。爱知县刈谷市出生,在半田市成长。爱知县立半田东高等学校
  • 瀑河乡瀑河乡,是中华人民共和国河北省保定市徐水区下辖的一个乡镇级行政单位。瀑河乡下辖以下地区:解村、西樊村、东樊村、北樊村、新农村、太合庄村、屯里村、贾庄村、向阳村、杨家
  • 阿纳斯塔西娅·尼古拉耶芙娜·罗曼诺娃阿纳斯塔西娅·尼古拉耶芙娜·罗曼诺娃女大公(俄语:Великая Княжна Анастасия Николаевна Романова,1901年6月18日-1918年7月17日)是俄
  • 陈家振 (1924年)陈家振(1924年-2010年3月18日),男,福建福州人,中华人民共和国政治人物,福建省政协原副主席,中国国民党革命委员会中央委员会原常务委员,第七、八届全国政协委员。
  • 町田纪彦町田纪彦(1976年8月8日-),札幌市出身的日本音乐制作人。ZONE成员对町田纪彦的第一印象: