课程概述

《数学物理方法》课程分为上、下两篇,共十一章,上篇复变函数论、下篇数学物理方程。具体内容包括:复数及复变函数、导数与解析函数、积分、幂级数、留数定理、数学物理定解问题、两变量偏微分方程的分离变量、球坐标下求解拉普拉斯方程、柱坐标下求解拉普拉斯方程、分离变量法求解三维热传导方程与波动方程、积分变换和格林函数及其在求解定解问题中的应用。本课程适合普通院校数学物理方法课程学时数较少的物理、电子及通信类专业使用,旨在强调重点、强化基础,注重思路和方法的介绍,不苛求面面俱到和严格的数学证明。


证书要求

1.课程考核包括单元测验(70%)、考试(10%)、课程讨论(20%);

2.“课堂讨论”中回复数量不少于5个且至少3次回答正确即可获得本项考核满分;

3.考核总分在60以上90以下可以获得合格证书,在90以上可以获得优秀证书。


预备知识

《力学》、《热学》、《电磁学》、《光学》、《高等数学》

授课大纲

上篇  复变函数论

第—章  复数及复变函数  (4学时

1.1 复数

1.2 复数的运算

1.3 复变函数

掌握复数、复数运算及复变函数的概念,重点掌握初等复变函数及其性质。

第二章  导数与解析函数  5学时

2.1 极限和连续

2.2 导数

2.3 解析函数

掌握极限和连续、导数及解析函数的概念,重点掌握柯西黎曼方程及解析函数的性质。

第三章  积分     5学时

3.1 复变函数的积分

3.2 柯西定理

3.3 柯西积分公式

重点掌握柯西积分定理及柯西积分公式的使用条件及其在计算复变函数积分上的应用,掌握复变函数的积分、不定积分的定义,掌握单通、复通区域的概念。

第四章  幂级数    5学时

4.1 复数项级数

4.2复变函数项级数

4.3 复幂级数

4.4泰勒级数展开

4.5 洛朗级数展开

4.6 孤立奇点的分类

重点掌握有关泰勒级数、洛朗级数展开的定理,熟练掌握把复变函数展为洛朗级数的一般方法及孤立奇点的分类。

第五章  留数定理  4学时

5.1 留数定理

5.2 计算实变积分               

掌握留数的概念及其定理,熟练掌握计算函数极点的阶及其留数的方法,会用留数计算三种特殊类型的实积分。

                                                     下篇  数学物理方程

第六章  数学物理定解问题   7学时

6.1 数学物理方程的导出

6.2 定解条件

6.3 行波法-达朗贝尔公式  定解问题

6.4 方程的分类。

掌握常见定解条件的写法,基本掌握常见的三类数学物理方程推导,掌握达朗贝尔公式在解无限长数学物理定解问题中的应用,了解数学物理方程的分类。

第七章  两变量偏微分方程的分离变数     10学时

7.1 齐次方程齐次边界条件的分离变数法

7.2 非齐次方程齐次边界条件

7.3 非齐次边界条件

7.4 圆域中的拉普拉斯方程和泊松方程

本章是重点,要求掌握齐次方程的分离变数法,掌握处理非齐次波动方程和输运方程的一般方法,掌握非齐次边界条件的处理方法以及圆域中的拉普拉斯方程和泊松方程。

第八章 球坐标下解拉普拉斯方程-球函数   6学时

8.1 拉普拉斯方程分离变量

8.2 勒让德多项式

8.3 连带勒让德函数

8.4球函数

掌握拉普拉斯方程在球坐标系下的分离变量,重点掌握轴对称情况下的勒让德多项式及在轴对称定解问题中的应用,一般了解连带勒让德函数及球函数。

第九章  柱坐标下解拉普拉斯方程       (6学时

9.1拉普拉斯方程分离变量

9.2 贝赛尔方程的通解形式

9.3 贝赛尔函数性质

9.4 整数阶贝赛尔方程本征值问题

9.5 整数阶贝赛尔函数的应用

掌握拉普拉斯方程在柱坐标系下的分离变量,一般掌握贝赛尔方程的通解形式和整数阶贝赛尔方程本征值问题,了解贝赛尔函数的性质。

第十章  用分离变量法解三维热传导方程与波动方程      (4学时

10.1亥姆霍兹方程

10.2 柱坐标下解亥姆霍兹方程

10.3 球坐标下解亥姆霍兹方程

一般掌握亥姆霍兹方程及其在柱坐标、球坐标下的分离变量。

第十一章  积分变换和格林函数及其在求解定解问题中的应用    (8学时

11.1 付里叶变换法

11.2 拉普拉斯变换法

11.3格林函数法

掌握付里叶积分与付里叶变换以及拉普拉斯变换的主要公式,掌握付里叶变换和拉普拉斯变换的主要性质,并会用其求解简单的数学物理定解问题。理解δ函数的意义及性质,掌握用电像法求格林函数,掌握用冲量定理法求解定解问题。

 


参考资料

《数学物理方法》 科学出版社 顾樵;

《数学物理方法》 高等教育出版社 梁昆淼;

《数学物理方法》 北京大学出版社 吴崇试;

《数学物理方法》 复旦大学出版社 胡嗣柱、倪光炯;

《数学物理方法》 北京师范大学出版社 王永成;

《数学物理方法》 科学出版社 邵惠民。