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偏微分方程

指数 偏微分方程

偏微分方程(partial differential equation,缩写作PDE)指含有未知函数及其偏导数的方程。描述自变量、未知函數及其偏导數之間的關係。符合這個關係的函数是方程的解。 偏微分方程分為線性偏微分方程式與非線性偏微分方程式,常常有幾個解而且涉及額外的邊界條件。.

21 关系: 偏导数双曲型偏微分方程常微分方程布萊克-休斯模型引力場分離變數法冲激响应函数縮寫熱傳導方程式边值问题電場電荷抛物偏微分方程梯度椭圆型偏微分方程泊松方程波动方程有限元分析方程拉普拉斯方程

偏导数

在数学中,一个多变量的函数的偏导数是它关于其中一个变量的导数,而保持其他变量恒定(相对于全导数,在其中所有变量都允许变化)。偏导数在向量分析和微分几何中是很有用的。 函数f关于变量x的偏导数写为f_x^或\frac。偏导数符号\partial是全导数符号 d的变体,这个符号是阿德里安-马里·勒让德引入的,并在雅可比的重新引入后得到普遍接受。.

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双曲型偏微分方程

双曲型偏微分方程在物理中常常指一类二阶偏微分方程,但其在数学上有更广义的定义。另外,与双曲型偏微分方程一起被提起的常有椭圆型偏微分方程和抛物型偏微分方程。 一个比较普适的双曲型偏微分方程形式是: 并满足 这里暗含了假设: u_.

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常微分方程

在数学分析中,常微分方程(ordinary differential equation,簡稱ODE)是未知函数只含有一个自变量的微分方程。对于微积分的基本概念,请参见微积分、微分学、积分学等条目。 很多科学问题都可以表示为常微分方程,例如根据牛顿第二运动定律,物体在力的作用下的位移 s 和时间 t 的关系就可以表示为如下常微分方程: 其中 m 是物体的质量,f(s) 是物体所受的力,是位移的函数。所要求解的未知函数是位移 s,它只以时间 t 为自变量。.

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布萊克-休斯模型

#重定向 布莱克-舒尔兹模型.

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引力場

引力場(簡體中文中重--力場一詞特指地球表面的引力場。)是描述一物体在空間中受到万有引力(重力)作用的場,在经典物理学中是一个物理量。.

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分離變數法

數學上,分離變數法是一種解析常微分方程或偏微分方程的方法。使用這方法,可以藉代數來將方程式重新編排,讓方程式的一部分只含有一個變數,而剩餘部分則跟此變數無關。這樣,隔離出的兩個部分的值,都分別等於常數,而兩個部分的值的代數和等於零。.

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冲激响应

在信号处理中,脈衝響應(Impulse response)一般是指系统在输入为单位冲激函数时的输出(响应)。对于连续时间系统来说,冲激响应一般用函数h(t;\tau)来表示,相对应的输入信号,也就是单位冲激函数满足狄拉克δ函数的形式,其函数定义如下: 并且,在从负无穷到正无穷区间内积分为1: 在输入为狄拉克δ函数时,系统的冲激响应h(t)包含了系统的所有信息。所以对于任意输入信号x(t),可以用连续域卷积的方法得出所对应的输出y(t)。也就是: 对于离散时间系统来说,冲激响应一般用序列h来表示,相对应的离散输入信号,也就是单位脉冲函数满足克罗内克δ的形式,在信号与系统科学中可以定义函数如下: 同样道理,在输入为\delta时,离散系统的冲激响应h包含了系统的所有信息。所以对于任意输入信号x,可以用离散域卷积(求和)的方法得出所对应的输出信号y。也就是:.

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函数

函數在數學中為兩集合間的一種對應關係:輸入值集合中的每項元素皆能對應唯一一項輸出值集合中的元素。例如實數x對應到其平方x2的關係就是一個函數,若以3作為此函數的輸入值,所得的輸出值便是9。 為方便起見,一般做法是以符號f,g,h等等來指代一個函數。若函數f以x作為輸入值,則其輸出值一般寫作f(x),讀作f of x。上述的平方函數關係寫成數學式記為f(x).

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縮寫

縮寫(abbreviation),在语言学裡嚴格地说是一種詞語的簡易格式,又称缩略语或簡稱。但實際上,它是從詞中提取關鍵字來簡要地代表原來的意思。例如,「欧洲联盟」被省略作為「欧盟」。.

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熱傳導方程式

熱傳導方程式(或稱熱方程)是一個重要的偏微分方程,它描述一個區域內的溫度如何隨時間變化。.

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边值问题

在微分方程中,边值问题是一个微分方程和一组称之为边界条件的约束条件。边值问题的解通常是符合约束条件的微分方程的解。 物理学中经常遇到边值问题,例如波动方程等。許多重要的边值问题屬於Sturm-Liouville問題。這類問題的分析會和微分算子的本徵函數有關。 在实际应用中,边值问题应当是适定的(即:存在解,解唯一且解會隨著初始值連續的變化)。許多偏微分方程領域的理論提出是為要證明科學及工程應用的許多边值问题都是适定問題。 最早研究的边值问题是狄利克雷问题,是要找出调和函数,也就是拉普拉斯方程的解,後來是用狄利克雷原理找到相關的解。.

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電場

電場是存在于电荷周围能传递电荷与电荷之间相互作用的物理场。在电荷周围总有电场存在;同时电场对场中其他电荷发生力的作用。观察者相对于电荷静止时所观察到的场称为静电场。如果电荷相对于观察者运动,则除静电场外,还有磁场出现。除了电荷以外,隨著時間流易而变化的磁场也可以生成电场,這種電場叫做涡旋电场或感应电场。迈克尔·法拉第最先提出電場的概念。.

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電荷

在電磁學裡,電荷(electric charge)是物質的一種物理性質。稱帶有電荷的物質為「帶電物質」。兩個帶電物質之間會互相施加作用力於對方,也會感受到對方施加的作用力,所涉及的作用力遵守庫侖定律。电荷分为两种,「正电荷」与「负电荷」。带有正电荷的物质称为「带正电」;带有负电荷的物质称为「带负电」。假若两个物质都带有正电或都带有负电,则称这两个物质「同电性」,否则称这两个物质「异电性」。两个同电性物质会相互感受到对方施加的排斥力;两个异电性物质会相互感受到对方施加的吸引力。 电荷是许多次原子粒子所拥有的一种基本守恒性质。称带有电荷的粒子为「带电粒子」。电荷决定了带电粒子在电磁方面的物理行为。静止的带电粒子会产生电场,移动中的带电粒子会产生电磁场,带电粒子也会被电磁场所影响。一个带电粒子与电磁场之间的相互作用称为电磁力或电磁交互作用。这是四种基本交互作用中的一种。.

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抛物偏微分方程

抛物型偏微分方程是一类二阶偏微分方程,描述自然科学中广泛的问题,包括热能的扩散以及布莱克-斯科尔斯模型。这些问题,通常被称为演化问题。数学上,具有以下形式的偏微分方程 是抛物型的,如果它满足条件 这一定义与平面上的抛物线的定义是类似的。 一个简单的抛物型偏微分方程是一维的热传导方程, 其中u(t,x)是时间t时在x处的温度,k是常数。符号u_t表示对时间变量t的偏导数,同样的u_是对x的二阶偏导数。 这个方程的意思是说,在某个时间位置上的温度的变化速率正比于该点附近的平均温度与该点温度之差。 热传导方程的主要推广具有形式 其中L是椭圆微分算子。这一系统隐含在以下方程中 当矩阵函数a(x)具有一个维数为1的核。.

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梯度

在向量微积分中,标量场的梯度是一个向量场。标量场中某一点的梯度指向在這點标量场增长最快的方向(當然要比較的話必須固定方向的長度),梯度的絕對值是長度為1的方向中函數最大的增加率,也就是說 |\nabla f|.

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椭圆型偏微分方程

椭圆型偏微分方程(Elliptic partial differential equation)是一类二阶偏微分方程,形式为: 并满足 (另有隐含条件 u_.

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泊松方程

泊松方程(Équation de Poisson)是數學中一個常見於靜電學、機械工程和理論物理的偏微分方程式,因法國數學家、幾何學家及物理學家泊松而得名的。.

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波动方程

波动方程或稱波方程(wave equation)是一种重要的偏微分方程,主要描述自然界中的各种的波动现象,包括横波和纵波,例如声波、光波、无线电波和水波。波动方程抽象自声学、物理光学、电磁学、电动力学、流体力学等领域。 历史上许多科学家,如达朗贝尔、欧拉、丹尼尔·伯努利和拉格朗日等在研究乐器等物体中的弦振动问题时,都对波动方程理论作出过重要贡献。 1746年,达朗贝尔发现了一维波动方程,欧拉在其后10年之内发现了三维波动方程。Speiser, David.

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有限元分析

有限元分析,即有限元方法(冯康首次发现时称为基于变分原理的差分方法),是一种用于求解微分方程组或积分方程组数值解的数值技术。这一解法基于完全消除微分方程,即将微分方程转化为代数方程组(稳定情形);或将偏微分方程(组)改写为常微分方程(组)的逼近,这样可以用标准的数值技术(例如欧拉法,龙格-库塔法等)求解。 在解偏微分方程的过程中,主要的难点是如何构造一个方程来逼近原本研究的方程,并且该过程还需要保持数值稳定性。目前有许多处理的方法,他们各有利弊。当区域改变时(就像一个边界可变的固体),当需要的精确度在整个区域上变化,或者当解缺少光滑性时,有限元方法是在复杂区域(像汽车、船体结构、输油管道)上解偏微分方程的一个很好的选择。例如,在正面碰撞仿真时,有可能在"重要"区域(例如汽车的前部)增加预先设定的精确度并在车辆的末尾减少精度(如此可以减少仿真所需消耗);另一个例子是模拟地球的气候模式,预先设定陆地部分的精确度高于广阔海洋部分的精确度是非常重要的。.

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方程

数学中方程可以简单的理解为含有未知数的等式。例如以下的方程: 其中的x為未知數。 如果把数学当作语言,那么方程可以为人们提供一些用来描述他们所感兴趣的对象的语法,它可以把未知的元素包含到陈述句当中(比如用“相等”这个词来构成的陈述句),因此如果人们对某些未知的元素感兴趣,但是用数学语言去精确地表达那些确定未知元素的条件时需要用到未知元素本身,这时人们就常常用方程来描述那些条件,并且形成这样一个问题:能使这些条件满足的元素是什么?在某个集合内,能使方程中所描述的条件被满足的元素称为方程在这个集合中的解(比如代入某个數到含未知数的等式,使等式中等号左右两边相等)。 求出方程的解或说明方程无解这一过程叫做解方程。可以用方程的解的存在状况为方程分类,例如,恒等式即恒成立的方程,例如(y + 2)^2.

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拉普拉斯方程

拉普拉斯方程,又名调和方程、位势方程,是一种偏微分方程。因为由法国数学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯首先提出而得名。求解拉普拉斯方程是电磁学、天文学、熱力學和流体力学等领域经常遇到的一类重要的数学问题,因为这种方程以势函数的形式描写了电場、引力場和流场等物理对象(一般统称为“保守场”或“有势场”)的性质。.

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