位势论

✍ dations ◷ 2025-12-07 09:12:13 #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

  • 使用发电机发电(英语:Electricity generation),泛指从其它种类的能源转换为电力的过程。 现今主要使用的发电基本原理,于公元1820~1830年间,由英国科学家麦可·法拉第所发现。法拉第电磁感应
  • 奥尔特云奥尔特云(Oort cloud),又称奥匹克-奥尔特云,在理论上是一个围绕太阳、主要由冰微行星组成的球体云团。欧云位于星际空间之中,距离太阳最远至10万天文单位(约2光年)左右,也就是太阳和
  • 网状红血球网状红血球,即未成熟的红血球,通常占人体总红血球数约1%。红血球生成的过程中,网状红血球会在骨髓内发育成熟,并在完全转变成红血球之前,在血流中循环大约一天的时间。哺乳动物的
  • 萧孟能萧孟能(1920年-2004年7月23日),台湾出版家。湖南常宁人。南京金陵大学经济系毕业。著有《出版原野的开拓》一书。萧孟能是国民党的太子党,他的父亲萧同兹1932年起任中央通讯社社
  • 提法里提提法里提(Arabic: تيفاريتي)是西撒哈拉东北部的一个绿洲城镇,位于摩洛哥墙以东138公里处,距离斯马拉15公里,离毛里塔尼亚北部边界也不远。提法里提是波利萨里奥阵线所称
  • 卢卡什·古尔尼茨基卢卡什·古尔尼茨基(波兰语:Łukasz Górnicki,1527年-1603年),文艺复兴时期欧洲波兰随笔作家。他曾在意大利接受教育。他最重要的著作是《波兰廷臣》(1566年出版),该书是对卡斯蒂利
  • 青春之歌 (1959年电影)《青春之歌》是中国大陆1959年上映的一部电影,由女作家杨沫的同名小说改编而来,本片摄制于1958年,1959年初拍摄完毕,同年上映,是中国电影史上一部非常不错的电影。这部电影1959年
  • 波纳波纳(Horatius Bonar,/həˈreɪʃəs ˈbɒnˌɑːr, ˈbɒnər/;1808年12月19日-1889年7月31日)是一位19世纪苏格兰牧师、诗人。波纳于1808年12月19日生于爱丁堡,他的父亲是苏格
  • 坤舆全图坤舆全图是一副世界地图,于1674年木板印刷,制作者是南怀仁。全图布局合理,恢宏大气,图文并茂,制作精致,设色鲜明。用经纬理法的科学制图方法,标识出五大洲的南北东西迄点。对世界各
  • 冨㭴义博冨㭴义博(1966年4月27日-),小名为Yoshirin。生于日本山形县新庄市,日本男性漫画家,是《幽游白书》与《HUNTER×HUNTER》的作者 。在1999年与武内直子结婚。弟弟是成人漫画家冨㭴秀