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    拉普拉斯方程

    拉普拉斯方程(Laplace"s equation)又稱調和方程、位勢方程,是一種偏微分方程,因由法國數學家拉普拉斯首先提出而得名。

    拉普拉斯方程表示液麵曲率與液體表面壓強之間的關係的公式。

    基本資訊

    涉及領域

    電磁學、天體物理學、力學、數學

    關鍵詞

    微分方程、拉普拉斯定理

    中國科協權威合作機構

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    目錄

    基本概述

    一個彎曲的表面稱為曲面,通常用相應的兩個曲率半徑來描述曲面,即在曲面上某點作垂直於表面的直線,再透過此線作一平面,此平面與曲面的截線為曲線,在該點與曲線相切的圓半徑稱為該曲線的曲率半徑R1。透過表面垂線並垂直於第一個平面再作第二個平面並與曲面相交,可得到第二條截線和它的曲率半徑R2,用 R1與R2可表示出液體表面的彎曲情況。若液麵是彎曲的,液體內部的壓強p1與液體外的壓強p2就會不同,在液麵兩邊就會產生壓強差△P= P1- P2,稱附加壓強,其數值與液麵曲率大小有關,可表示為:

    ,式中γ是液體表面張力系數,該公式稱為拉普拉斯方程。

    在數理方程中

    拉普拉斯方程為:

    ,其中∇²為拉普拉斯運算元,此處的拉普拉斯方程為二階偏微分方程。三維情況下,拉普拉斯方程可由下面的形式描述,問題歸結為求解對實自變數x、y、z二階可微的實函式φ :

    其中∇²稱為拉普拉斯運算元。

    拉普拉斯方程的解稱為調和函式。

    如果等號右邊是一個給定的函式f(x,y,z),即:

    則該方程稱為泊松方程。 拉普拉斯方程和泊松方程是最簡單的橢圓型偏微分方程。偏微分運算元

    (可以在任意維空間中定義這樣的運算元)稱為拉普拉斯運算元,英文是Laplace operator或簡稱作Laplacian。

    方程的解

    稱為調和函式,此函式在方程成立的區域內是解析的。任意兩個函式,如果它們都滿足拉普拉斯方程(或任意線性微分方程),這兩個函式之和(或任意形式的線性組合)同樣滿足前述方程。這種非常有用的性質稱為疊加原理。可以根據該原理將複雜問題的已知簡單特解組合起來,構造適用面更廣的

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