基本假设:
膜振动方程 令 ,于是得到膜震动方程的标准形式
其中 为自由项,收外力 的振动称为 强迫振动 ,因此也称为膜的 强迫振动方程 . 当 时,方程是其次的,此时的方程为 称为膜的 自由振动方程 ,上面两个方程也称为 二维波动方程 .
初始条件的提法: 其中 及 为已知函数. 边界条件的提法通常有三种:
膜的边界固定或按照一已知函数随时间而变化 或 其中 为薄膜的边界在 平面上的投影曲线, 为已知函数. 这种边界条件称为 第一类边界条件 .
薄膜的边界可以在一个光滑的柱面上自由滑动,不受摩擦力的作用. 此时边界条件的提法为 或更一般地为 其中 为已知函数. 这种边界条件称为 第二类边界条件 .
将膜固定在弹性支承上,此时,边界条件归结为
其中 为已知正数. 这种边界条件称为 第三类边界条件 .
同样的,非齐次的三位波动方程(如电磁波或声波在空间中传播)
奇次情况为
柯西问题就是初值问题.
考察三维波动方程的柯西问题 若 具有球对称性,这时 仅为变量 的函数,我们可寻求只依赖于 与 的解 。 这样可以写成
若取 为未知函数,则上式可以变成 我们会发现这个与一维齐次波动方程形式相同,因此我们可以将 通过达朗贝尔公式求出,于是可以得到具有球对称形式的解.
设 ,那么三维波动方程的柯西问题 存在唯一解
其中 为以点 为球心、 为半径的求面, 为球面的面积微元. 上式称为 泊松公式 .
研究二维波动方程的柯西问题
书上说这时不能用球平均法,这个原因我们留到最后来提.
他的确是与 无关的函数,因此该式子就给出所考察的二维波动方程的柯西问题的解,他称为 二维波动方程柯西问题的泊松公式 .
我们已经有过齐次的解,根据叠加原理,我们知道只需要求
的解即可.
其中 表示体积微元,积分在以 为球心、以 为半径的球体中进行. 因此在时刻 ,位于 处解 的数值由函数在时刻 处的值在此球中的提及积分表出,称这样的积分为 推迟势 .
回到之前的问题,为什么二维波动方程不能用球平均法的问题,我看了看网上的解答是这样说的: 三维波动方程的解只和light cone 表面有关系,而二维波动方程的解和整个 light cone 内的点都有关系。奇数维度的波动方程都符合Huygens principle而偶数维度的都不符合
注: