
【计】 quasi-linear equation
在汉英词典视角下,“拟线性方程”对应的英文术语为Quasilinear Equation。该术语是偏微分方程(Partial Differential Equations, PDEs)分类中的重要概念,特指一类具有特定数学结构且广泛用于物理建模的方程。
拟线性方程指方程中关于未知函数的最高阶偏导数是线性的,但这些导数的系数可能依赖于未知函数本身或其低阶导数。其一般形式可表示为: $$ sum_{|alpha|=k} a_alpha(mathbf{x}, u, abla u, ldots, D^{k-1}u) D^alpha u + b(mathbf{x}, u, abla u, ldots, D^{k-1}u) = 0 $$ 其中:
方程类型 | 最高阶导数项 | 系数限制 |
---|---|---|
线性方程(Linear) | 线性 | 仅依赖自变量 $mathbf{x}$ |
半线性方程(Semilinear) | 线性 | 依赖 $u$ 但不含其导数 |
拟线性方程(Quasilinear) | 线性 | 依赖 $u$ 及其低阶导数 |
完全非线性方程(Fully Nonlinear) | 非线性 | 无限制 |
拟线性方程常见于流体力学、声波传播、交通流模型等物理过程。例如:
拟线性偏微分方程词条 提供严格数学定义与分类标准。
Mathematical Reviews 术语表 在偏微分方程分类码 35Lxx 中明确拟线性双曲系统范畴。
Evans, L. C. (2010). Partial Differential Equations. American Mathematical Society. 第 7.1 节系统讨论拟线性一阶方程理论。
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拟线性方程是偏微分方程中的一类重要方程,其核心特征在于最高阶导数项为线性,但方程的其他部分可以包含未知函数或其低阶导数的非线性项。以下是详细解释:
对于一阶拟线性偏微分方程,其一般形式为: $$ a(x, y, u) frac{partial u}{partial x} + b(x, y, u) frac{partial u}{partial y} = c(x, y, u) $$ 其中:
线性方程:所有项均为未知函数及其导数的一次项,且系数仅依赖于自变量。
例如:(frac{partial u}{partial t} = k frac{partial u}{partial x})(热传导方程)。
半线性方程:最高阶导数项是线性的,且其系数仅依赖于自变量;但低阶项可以是非线性的。
例如:(frac{partial u}{partial t} + u frac{partial u}{partial x} = 0)(最高阶导数项 (frac{partial u}{partial t}) 的系数为1,与 (u) 无关)。
拟线性方程:最高阶导数项的系数可能依赖于未知函数或其低阶导数。
例如:(u frac{partial u}{partial x} + frac{partial u}{partial y} = 0)(最高阶项系数 (u) 依赖于未知函数本身)。
Burgers方程:
$$
frac{partial u}{partial t} + u frac{partial u}{partial x} =
u frac{partial u}{partial x}
$$
描述流体中的激波传播,一阶导数项系数含 (u),属于拟线性方程。
浅水波方程:
$$
frac{partial h}{partial t} + u frac{partial h}{partial x} + h frac{partial u}{partial x} = 0
$$
其中 (h) 为水深,(u) 为流速,方程中一阶导数项的系数依赖于 (h) 和 (u)。
拟线性方程常见于物理和工程问题:
由于非线性项的存在,拟线性方程通常难以解析求解,常用方法包括:
拟线性方程的研究在理论和应用数学中均具有重要意义,其复杂性也推动了现代分析工具的发展。
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