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求解壹個偏微分方程

這是壹個典型的熱傳導類型的偏微分方程,且只有壹個空間變量

設解的形式為 C(t,x)=X(x)*T(t)

則有 ?C/?t=X(x)*T'(t)

C/?x=X'(x)*T(t), ?(?C/?x)/?x=X''(x)*T(t)

帶入原方程,將常數D提出來,可得

X(x)*T'(t)=D*X''(x)*T(t),分離變量可得

T'(t)/[D*T(t)]=X''(x)/X(x)=-λ<0 (可以證明-λ≥0的解不存在)

∴可得 T'(t)=-λD*T(t) (1)

X''(x)=-λ*X(t) (2)

分別積分,可得

T(t)=A*e^(-λD*t) (3)

X(x)=Bsin(√λ*x)+Ccos(√λ*x) (4)

∴C(t,x)=X(x)*T(t)=A*e^(-λD*t)*[Bsin(√λ*x)+Ccos(√λ*x)]

C/?x=X'(x)*T(t)=A*e^(-λD*t)*√λ*[Bcos(√λ*x)-Csin(√λ*x)]

帶入初始條件,可得

C/?x|(t,0)=A*e^(-λD*t)*√λ*[Bcos(√λ*0)-Csin(√λ*0)]=0 (5)

C(t,L)=A*e^(-λD*t)*[Bsin(√λ*L)+Ccos(√λ*L)]=0 (6)

聯立(5)(6),可解得

B=0,√λ=(n+1/2)π/L

經線性疊加,可得通解公式為

C(t,x)=∑(1,+∞) Kn*cos[(n+1/2)πx/L]*e^[-(n+1/2)?π?/L?*Dt]

其中,Kn=2/L*∫<0,L> Cin*cos[(n+1/2)πx/L]*dx

PS:具體請參考下面的資料,其實具體的最後幾步我也沒完全搞懂

http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%86%B1%E5%82%B3%E5%B0%8E%E6%96%B9%E7%A8%8B%E5%BC%8F

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