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已有 6064 次阅读 2013-12-28 15:54 |系统分类:生活其它

格林恒等式[编辑]

格林恒等式Green's identities)乃是向量分析的一组共三条恒等式,以发现格林定理的英国数学家乔治·格林命名。

http://zh.wikipedia.org/wiki/格林恆等式


格林第一恒等式[编辑]

设定向量场 .mathbf{F}=.psi .nabla .phi ;其中,在 .mathbb{R}^3 的某区域 .mathbb{U} 内,.phi 是二次连续可微标量函数,.psi 是一次连续可微标量函数,则从散度定理

.int_.mathbb{U} .nabla.cdot.mathbf{F} ., .mathrm{d}V = .oint_{.partial .mathbb{U}} .mathbf{F}.cdot.mathbf{n}., .mathrm{d}S

可以推导出格林第一恒等式[1]

.int_.mathbb{U} (.psi .nabla^2 .phi+.nabla .phi .cdot .nabla .psi)., .mathrm{d}V = .oint_{.partial .mathbb{U}} .psi{.partial .phi .over .partial n}., .mathrm{d}S

其中,.partial .mathbb{U} 是区域 .mathbb{U} 的边界,.frac{.partial}{.partial n} 是取于边界面 .partial .mathbb{U}法向导数,即 .frac{.partial.phi}{.partial n}= .nabla .phi .cdot .mathbf{n}

格林第二恒等式[编辑]

假若在区域 .mathbb{U} 内,.phi.psi 都是二次连续可微,则可交换 .phi.psi ,从 (.psi,.phi) 的格林第一恒等式得到 (.phi,.psi) 的格林第一恒等式。将这两个恒等式相减,则可得到格林第二恒等式:

 .int_.mathbb{U} .left( .psi .nabla^2 .phi - .phi .nabla^2 .psi.right)., .mathrm{d}V = .oint_{.partial .mathbb{U}} .left( .psi {.partial .phi .over .partial n} - .phi {.partial .psi .over .partial n}.right)., .mathrm{d}S格林第三恒等式[编辑]

假设函数 G拉普拉斯方程式基本解fundamental solution):

 .nabla^2 G(.mathbf{x},.mathbf{x}') = .delta(.mathbf{x} - .mathbf{x}')

其中,.delta(.mathbf{x} - .mathbf{x}')狄拉克δ函数

例如,在 R3,基本解的形式为

G(.mathbf{x},.mathbf{x}')={-1 .over 4 .pi.|.mathbf{x} - .mathbf{x}' .|}

函数 G 称为格林函数。对于变量 .mathbf{x}.mathbf{x}' 的交换,格林函数具有对称性,即G(.mathbf{x},.mathbf{x}') =G(.mathbf{x}',.mathbf{x})

设定 .phi=G ,在区域 .mathbb{U} 内,.psi 是二次连续可微。假若 .mathbf{x} 在积分区域 .mathbb{U} 内,则应用狄拉克δ函数的定义,

.psi(.mathbf{x} )  - .int_.mathbb{U} .left[ G(.mathbf{x},.mathbf{x}' ) .nabla'^{.,2} .psi(.mathbf{x}').right]., .mathrm{d}V'=  .oint_{.partial .mathbb{U}} .left[.psi(.mathbf{x}') {.partial G(.mathbf{x},.mathbf{x}' ) .over .partial n'}  -  G(.mathbf{x},.mathbf{x}' ) {.partial .psi(.mathbf{x}') .over .partial n'} .right]  ., .mathrm{d}S'

其中,dV'dS' 分别积分 .mathbf{x}'.mathbb{U}

这是格林第三恒等式。假若 .psi调和函数,即拉普拉斯方程式的解:

.nabla'^{.,2} .psi(.mathbf{x}')=0

则这恒等式简化为

.psi(.mathbf{x}) =  .oint_{.partial .mathbb{U}} .left[.psi(.mathbf{x}') {.partial G(.mathbf{x},.mathbf{x}' ) .over .partial n'}  -  G(.mathbf{x},.mathbf{x}' ) {.partial .psi(.mathbf{x}') .over .partial n'} .right]  ., .mathrm{d}S'参阅[编辑]参考文献[编辑]
  1. ^ Strauss, Walter. Partial Differential Equations: An Introduction. Wiley.




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