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两个自变量二阶线性偏微分方程的分类

更新时间:2025-01-19 工作计划 版权反馈
【摘要】:对于两个自变量的二阶线性偏微分方程(4.1),在任一点∈Ω的一个邻域内定义判别式根据Δ的符号,将方程(4.1)进行如下分类:若在处,Δ>0,则称方程(4.1)在点处为双曲型方程。容易看出,前面学过的方程:波动方程utt=a2uxx在Ω∈R2上属于双曲型方程。热传导方程ut=a2uxx在Ω∈R2上属于抛物型方程。这样的方程在区域Ω中称为是混合型的。在研究空气动力学中的跨音速流问题时,常遇到混合型方程。

对于两个自变量的二阶线性偏微分方程(4.1),在任一点(x0,y0)∈Ω的一个邻域内定义判别式

根据Δ的符号,将方程(4.1)进行如下分类:

(1)若在(x0,y0)处,Δ>0,则称方程(4.1)在点(x0,y0)处为双曲型方程。如果方程(4.1)在区域Ω内每一点都是双曲型方程,则称方程(4.1)在区域Ω上是双曲型方程。

(2)若在(x0,y0)处,Δ=0,则称方程(4.1)在点(x0,y0)处为抛物型方程。如果方程(4.1)在区域Ω内每一点都是抛物型方程,则称方程(4.1)在区域Ω上是抛物型方程。

(3)若在(x0,y0)处,Δ<0,则称方程(4.1)在点(x0,y0)处为椭圆型方程。如果方程(4.1)在区域Ω内每一点都是椭圆型方程,则称方程(4.1)在区域Ω上是椭圆型方程。

容易看出,前面学过的方程:

波动方程

utt=a2uxx

在Ω∈R2上属于双曲型方程。

热传导方程(www.xing528.com)

ut=a2uxx

在Ω∈R2上属于抛物型方程。

拉普拉斯方程

uxx+uyy=0

在Ω∈R2上属于椭圆型方程。

此外,有些方程在区域Ω的一部分是双曲型的,在另一部分是椭圆型的,而在它们的分界线上是抛物型的。这样的方程在区域Ω中称为是混合型的。例如特里科米(Tricomi)方程

在此方程中,

在上半平面y>0,方程是椭圆型的,而在下半平面y<0,方程是双曲型的。当所考察的区域Ω包含轴y=0上的某些线段时,这方程在Ω中就是混合型的。在研究空气动力学中的跨音速流问题时,常遇到混合型方程。

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