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妈的,搞不定,老老实实的把原来的发上来吧。数理方法上有句话确实对,这些定解问题只有极少数是可以先求出通解再结合特殊情况的……

接下来,我们看看第二个命题。

驻波,即波动能量不发生传递,振幅随空间的分布不变的波动形式。振幅最大处为波腹,振幅最小处为波节。

可能很多人看到就觉得,我去怎么这么水,这也要证?

好吧,确实这一点很水,但我想用类似的复数法证一下,因为我想和后面的命题的证法保持一致。(好像之前逛kc,看到的不少人爱说的“生命在于折腾”😂,不知道是kc哪位大佬的名言)

先说下1、2类齐次边界条件:

一类边界条件就是规定边界上函数值的条件。

二类边界条件就是规定边界上函数对坐标偏导的值的条件。

齐次,顾名思义,就是0。

即:

齐次一类边界条件就是规定边界上函数值为零。

齐次二类边界条件就是规定边界上函数对坐标偏导的值为零。

其实还有三类边界条件,即规定函数值与函数对坐标偏导的值的线性组合的值。

对非齐次条件,数理方法上有化为齐次的方法,这里不多赘述,而一般情况下,我们遇到的都是齐次一、二类边界条件,所以就

主要讨论这俩了。

首先,我们先说下常规的证明方法。

对两侧都是齐次一类边界条件,由于:

u|x=0=0(2.1)

u|x=L=0(2.2)

则两个界面只能是波节。

对两侧都是齐次二类边界条件,由于:

ux|x=0=0(2.3)

ux|x=L=0(2.4)

则两个界面只能是波腹。

一边一类一边二类同理,就不多说了。

我们关注一种振动频率的简谐振动模式。

以上两种情况要求波长满足:

n2λ=L,nN+(2.5)

由:

λf=λω2π=ε1ρ1(2.6)

和(2.5)得:

ωn=πnLε1ρ1(2.7)

由于驻波的振幅的空间分布不变,而时间分布改变,其实函数形式应当空间和时间分开。

对一类齐次边界条件,由(2.5)可知,对n的波模,有2n+1个波节,所以该波模的形式可以写成这样:

un,1=An,1sin(nπxL)cos(nπLε1ρ1t+ϕn,1)(2.8)

同理,对二类齐次边界条件,可以写成这样:

un,2=An,2cos(nπxL)cos(nπLε1ρ1t+ϕn,2) (2.9)

那么对同边界条件,任意形式的驻波,都可以由(2.8)(2.9)叠加得到,或者说类似傅里叶级数。

u1=n=1An,1sin(nπxL)cos(nπLε1ρ1t+ϕn,1)(2.10)

u2=n=1An,2cos(nπxL)cos(nπLε1ρ1t+ϕn,2)(2.11)

其余边界条件都可类似处理。

这么做的好处很多,简单,不失物理意义。但是前面说了,为了和后面保持一致,我想折腾下用复数法证一遍。

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