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二阶线性偏微分方程的一般形式:
其中
是自变量
的函数,假如f=0,则方程是线
性齐次方程,否则方程是非线性
齐次方程。
§ 两个自变量方程的化简
一般形式:
其中
只是x,y的函数。如下讨论时
是实数。作变量代换如下:
(1)
假定
则在上式代换下方程(1)变为
(2)
其中系数:
(3)
从(3)中可以看出,假如取一阶偏微分方程
(4)
的一种特解作为
,则
从而A11=0。假如取(4)的此外一种特解作为
则A22=0,这样方程(2)就可以简化。
一阶偏微分方程(4)的求解可以转化为常微分
方程的求解,将(4)改写成:
假如将
看作定义隐函数
的方程,则
从而有:
(5)
常微分方程(5)叫做二阶线性偏微分方程的特
征方程。特征方程的一般积分
和
叫做特征线。
(5)的解为:
(6)
若
,二阶线性偏微分方程为双曲型方程
若
,二阶线性偏微分方程为抛物型方程
若
,二阶线性偏微分方程为椭圆型方程
1:双曲型
当
时,(6)式给出一族实的特征
曲线
取
则
,这时方程变为
若再作
则上述方程变为:
(7)
2:抛物型
当
,这时(6)式只有一种解
它只能给出一种实的特征线,
。取与
函数无关的
作为另一种新的变量
则有
(3-8)
3:椭圆型
当
时,(6)式各给出一族复特征线
,
在该变换下:
且方程化为:
令
则有:
(9)
由前面的讨论可知,方程(1)通过自变量的可逆变换化为那一种原则形式,重要决定于它的主部系数。
若方程(1)的主部系数 在区域Ω中某一点(x0,y0)满足
则称方程在点(x0,y0)是双曲型的;在邻域;在Ω中
则称方程在点(x0,y0)是椭圆型的。
则称方程在点(x0,y0)是抛物型的;
对应地, (7)、(8)和(9)这三个方程分别称为双曲型、抛物型和椭圆型(二阶线性)偏微分方程的原则形式。
§ 方程的分类