可分离变数的偏微分方程

✍ dations ◷ 2025-04-04 11:18:43 #微分方程

可分离变数的偏微分方程(PDE)是指一种偏微分方程,在求解时可以用分离变数法分离为一组阶数较低的微分方程。这一般是因为偏微分方程满足某种形式或是对称。因此可以利用求解一组较简单的偏微分方程来求解原问题,若可以简化为一维的问题,甚至可以用变成常微分方程。

分离变数法最常见的形式是其解可以假设为几个函数的积,而每个函数只有一个自变数。例如给予一个 n {\displaystyle n} 元函数 F ( x 1 ,   x 2 ,   ,   x n ) {\displaystyle F(x_{1},\ x_{2},\ \dots ,\ x_{n})} 的偏微分方程,猜想解答的形式为

这是一种特别的分离变数法,称为 R {\displaystyle R} -分离变数法,此方式是将解写成和座标有关的固定函数,以及以各座标为自变数函数的乘积。 R n {\displaystyle {\mathbb {R} }^{n}} 上的拉普拉斯方程是一个可以用 R {\displaystyle R} -分离变数法求解的偏微分方程的例子,在三维空间下会用六维球面座标转换(英语:6-sphere coordinates)来求解。

偏微分方程的分离变数法和常微分方程的分离变数法不同,后者是指问题可以变成二个积分相等的形式。

例如,考虑时变的薛定谔方程

针对函数 ψ ( x ) {\displaystyle \psi (\mathbf {x} )} (为简化问题,其为无因次量)(等效的作法是考虑非齐次的亥姆霍兹方程)。若三维函数 V ( x ) {\displaystyle V(\mathbf {x} )} 形式如下

则此问题可以分解为三个一维的常微分方程,函数分别是 ψ 1 ( x 1 ) {\displaystyle \psi _{1}(x_{1})} ψ 2 ( x 2 ) {\displaystyle \psi _{2}(x_{2})} ψ 3 ( x 3 ) {\displaystyle \psi _{3}(x_{3})} ,最后的解可以写成 ψ ( x ) = ψ 1 ( x 1 ) ψ 2 ( x 2 ) ψ 3 ( x 3 ) {\displaystyle \psi (\mathbf {x} )=\psi _{1}(x_{1})\cdot \psi _{2}(x_{2})\cdot \psi _{3}(x_{3})} 。(薛定谔方程中可以分离变数求解的例子已由艾森哈特(Eisenhart)在1948年列举)。

相关

  • 行性脊柱性肌萎缩症脊髓性肌肉萎缩症(英语:Spinal muscular atrophy,简写为SMA),是一种遗传性神经疾病。它会造成运动神经元退化、肌肉萎缩,肌肉无力,最终造成死亡。控制肌肉的运动神经里的某种蛋白质
  • dCMP去氧胞苷单磷酸(Deoxycytidine monophosphate,dCMP)是一种去氧核苷酸,是DNA的组成原料之一。结构与胞苷单磷酸相似,但一个-OH基被氢原子取代。
  • 特洛伊木马 (电脑)特洛伊木马(Trojan Horse)常被简称木马,在计算机领域中指的是一种后门程序,是黑客用来盗取其他用户的个人信息,甚至是远程控制对方的计算机而加壳制作,然后通过各种手段传播或者骗
  • 花莲县长花莲县县长为中华民国台湾省花莲县的最高行政首长,连选得连任一次 。现任县长为中国国民党党籍的徐榛蔚。本条目列出历任的花莲县县长。台湾省政府指派首任女性县长。
  • Cannabis indica印度大麻(学名:Cannabis indica),俗称籼稻大麻,是大麻属下的一个品种,学者对于它是否是一种独立物种,尚有争议,目前多被视为是寻常大麻(Cannabis sativa)的亚种。茎、叶与花含有丰富的
  • 寂寞芳心《寂寞芳心》(英语:),1935年乔治·史蒂文斯执导爱情片,获奥斯卡金像奖最佳影片奖提名。凯瑟琳·赫本因本片获奥斯卡金像奖最佳女主角提名。
  • 设乐麻美设乐麻美(2月29日-)是日本的女性声优,静冈县出身。2012年6月开始加入Production Ace。代代木动画学院毕业。静冈县静冈市清水区出身。2010年2月为止是Mausu Promotion的成员。兴
  • 刘秉琳 (1909年)刘秉琳(1909年-1982年3月10日),男,内蒙古和林格尔人,中华人民共和国政治人物,曾任山东省革命委员会副主任,山东省人大常委会副主任,第五届全国人大代表。
  • 乔·曼根尼罗乔瑟夫·“乔”·迈克尔·曼格尼洛(英语:Joseph "Joe" Michael Manganiello,/ˌmæŋɡəˈnɛloʊ/ , 意大利语发音:,1976年12月28日-)是一位美国男演员、监制、导演和作家。曼格尼
  • 小行星9825小行星9825(英语:9825 Oetken)是一颗围绕太阳公转的小行星。1977年10月17日,C. J. 万·豪敦、I. 万·豪敦-格勒内费尔德、T. 赫雷尔斯在帕洛马山发现了此天体。这颗小行星的绝对