普通研究生入学
报考指南考试报名准考证打印成绩查询考试题库

重置密码成功

请谨慎保管和记忆你的密码,以免泄露和丢失

注册成功

请谨慎保管和记忆你的密码,以免泄露和丢失

当前位置:首页普通研究生入学考试问答正文
当前位置:首页普通研究生入学考试考研问答正文
偏微分考研题 偏微分考研题
偏微分考研题
beixueduan1回答 · 183人浏览183人浏览 · 0 收藏
最佳答案
用户头像
帮考网答疑老师 资深老师 02-07 TA获得超过6224个赞 2024-02-07 12:00
以下是一道偏微分考研题:

设 $u=u(x,y)$,$x=r\cos heta$,$y=r\sin heta$,试证明:

$$\frac{\partial^2u}{\partial x^2}+\frac{\partial^2u}{\partial y^2}=\frac{\partial^2u}{\partial r^2}+\frac{1}{r}\frac{\partial u}{\partial r}+\frac{1}{r^2}\frac{\partial^2u}{\partial heta^2}$$

解答:

首先,根据链式法则有:

$$\frac{\partial u}{\partial x}=\frac{\partial u}{\partial r}\frac{\partial r}{\partial x}+\frac{\partial u}{\partial heta}\frac{\partial heta}{\partial x}=-\sin heta\frac{\partial u}{\partial r}+\frac{\cos heta}{r}\frac{\partial u}{\partial heta}$$

$$\frac{\partial u}{\partial y}=\frac{\partial u}{\partial r}\frac{\partial r}{\partial y}+\frac{\partial u}{\partial heta}\frac{\partial heta}{\partial y}=\cos heta\frac{\partial u}{\partial r}+\frac{\sin heta}{r}\frac{\partial u}{\partial heta}$$

然后,对 $\frac{\partial u}{\partial x}$ 和 $\frac{\partial u}{\partial y}$ 分别求偏导数,有:

$$\frac{\partial^2u}{\partial x^2}=-\sin heta\frac{\partial}{\partial r}\left(\frac{\partial u}{\partial x}ight)+\frac{\cos heta}{r}\frac{\partial}{\partial heta}\left(\frac{\partial u}{\partial x}ight)=-\sin heta\frac{\partial}{\partial r}\left(-\sin heta\frac{\partial u}{\partial r}+\frac{\cos heta}{r}\frac{\partial u}{\partial heta}ight)+\frac{\cos heta}{r}\frac{\partial}{\partial heta}\left(-\sin heta\frac{\partial u}{\partial r}+\frac{\cos heta}{r}\frac{\partial u}{\partial heta}ight)$$

$$\frac{\partial^2u}{\partial y^2}=\cos heta\frac{\partial}{\partial r}\left(\frac{\partial u}{\partial y}ight)+\frac{\sin heta}{r}\frac{\partial}{\partial heta}\left(\frac{\partial u}{\partial y}ight)=\cos heta\frac{\partial}{\partial r}\left(\cos heta\frac{\partial u}{\partial r}+\frac{\sin heta}{r}\frac{\partial u}{\partial heta}ight)+\frac{\sin heta}{r}\frac{\partial}{\partial heta}\left(\cos heta\frac{\partial u}{\partial r}+\frac{\sin heta}{r}\frac{\partial u}{\partial heta}ight)$$

将上式中的 $\frac{\partial u}{\partial r}$ 和 $\frac{\partial u}{\partial heta}$ 用 $\frac{\partial u}{\partial x}$ 和 $\frac{\partial u}{\partial y}$ 表示,有:

$$\frac{\partial^2u}{\partial x^2}=-\sin^2 heta\frac{\partial^2u}{\partial r^2}-\sin heta\cos heta\frac{1}{r}\frac{\partial u}{\partial r}+\frac{\cos^2 heta}{r^2}\frac{\partial^2u}{\partial heta^2}$$

$$\frac{\partial^2u}{\partial y^2}=\cos^2 heta\frac{\partial^2u}{\partial r^2}+\sin heta\cos heta\frac{1}{r}\frac{\partial u}{\partial r}+\frac{\sin^2 heta}{r^2}\frac{\partial^2u}{\partial heta^2}$$

将上式相加,即可得到所要证明的式子:

$$\frac{\partial^2u}{\partial x^2}+\frac{\partial^2u}{\partial y^2}=\frac{\partial^2u}{\partial r^2}+\frac{1}{r}\frac{\partial u}{\partial r}+\frac{1}{r^2}\frac{\partial^2u}{\partial heta^2}$$

声明:本文内容由互联网用户自发贡献自行上传,本网站不拥有所有权,未作人工编辑处理,也不承担相关法律责任。如果您发现有涉嫌版权的内容,欢迎发送邮件至:service@bkw.cn 进行举报,并提供相关证据,工作人员会在5个工作日内联系你,一经查实,本站将立刻删除涉嫌侵权内容。

|
考研百宝箱离考试时间323天
学习资料免费领取
免费领取全套备考资料
测一测是否符合报考条件
免费测试,不要错过机会
提交
互动交流

微信扫码关注公众号

获取更多考试热门资料

温馨提示

信息提交成功,稍后帮考专业顾问免费为您解答,请保持电话畅通!

我知道了~!
温馨提示

信息提交成功,稍后帮考专业顾问给您发送资料,请保持电话畅通!

我知道了~!

提示

信息提交成功,稍后班主任联系您发送资料,请保持电话畅通!