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1 # ᝰ安之若素ᝰ
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2 # LY後來我們還能邂逅嗎
直角座標下的拉普拉斯方程為:(ə²/əx²)+(ə²/əy²)f=0
極座標下的拉普拉斯方程:(ə²/ər²)+(1/r)(ə/ər)+(1/r²)(ə²/ə²θ)f=0
下面的極座標下的拉普拉斯方程是怎麼推匯出的呢?
f是函式,ə是求偏導符號
直角座標下的拉普拉斯方程為:(ə²/əx²)+(ə²/əy²)f=0
極座標下的拉普拉斯方程:(ə²/ər²)+(1/r)(ə/ər)+(1/r²)(ə²/ə²θ)f=0
用極座標、直角座標變換公式+拉普拉斯方程得來。
推倒過程如下:
u''xx+u''yy=0
x=ρcosα,y=ρsinα
∂u/∂ρ=∂u/∂x.∂x/∂ρ+∂u/∂y.∂y/∂ρ=u'x.cosα+u'y.sinα
∂²u/∂ρ²=cosα(u''xx.x'ρ+u''xy.y'ρ)+sinα(u''yy.y'ρ+u''yx.x'ρ)
=cosα(u''xx.cosα+u''xy.sinα)+sinα(u''yy.sinα+u''yx.cosα)
=u''xx.cos²α+2u''xy.sinαcosα+u''yy.sin²α
ρ²∂²u/∂ρ²=ρ²u''xx.cos²α+2ρ²u''xy.sinαcosα+ρ²u''yy.sin²α.....(1)
∂u/∂α=∂u/∂x.∂x/∂α+∂u/∂y.∂y/∂α=u'x.(-ρsinα)+u'y.ρcosα
∂²u/∂α²=(-ρsinα)(u''xx.x'α+u''xy.y'α)+ρcosα(u''yx.x'α+u''yy.y'α)-u'x.(ρcosα)-u'y.ρsinα
=(-ρsinα)(u''xx.(-ρsinα)+u''xy.ρcosα)+ρcosα(u''yx.(-ρsinα)+u''yy.ρcosα)
-ρ[u'x.cosα+u'y.sinα]
=(-ρsinα)(u''xx.(-ρsinα)+u''xy.ρcosα)+ρcosα(u''yx.(-ρsinα)+u''yy.ρcosα)
-ρ∂u/∂ρ
=ρ²sin²αu''xx-2ρ²u''xysinαcosα+ρ²u''yy.cos²α-ρ∂u/∂ρ.........(2)
(1)+(2)
ρ²∂²u/∂ρ²+∂²u/∂α²=ρ²u''xx(cos²α+sin²α)+ρ²u''yy.(cos²α+sin²α)+2ρ²u''xy.sinαcosα-2ρ²u''xysinαcosα-ρ∂u/∂ρ
=ρ²u''xx+ρ²u''yy-ρ∂u/∂ρ
=ρ²(u''xx+u''yy)-ρ∂u/∂ρ
=-ρ∂u/∂ρ
ρ²∂²u/∂ρ²+∂²u/∂α²+ρ∂u/∂ρ=0
∂²u/∂ρ²+(1/ρ²)∂²u/∂α²+(1/ρ)∂u/∂ρ=0
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