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前導階分析


一種確定 n 階常微分方程可去奇點處的行為,而無需實際求解該方程的程式。考慮

 (d^ny)/(dz^n)=F((d^(n-1)y)/(dz^(n-1)),...,(dy)/(dz),y,z),
(1)

其中 Fz 解析,且對其其他引數為有理函式。透過進行如下替換來繼續

 y(z)=a(z-z_0)^alpha
(2)

其中 alpha<1。例如,在方程中

 (d^2y)/(dz^2)=6y^2+Ay,
(3)

進行替換得到

 aalpha(alpha-1)(z-z_0)^(alpha-2)=6a^2(z-z_0)^(2alpha)+Aa(az-z_0)^alpha.
(4)

最奇異的項(那些具有最指數的項)被稱為“主導平衡項”,並且必須在奇點處平衡指數和係數。這裡,前兩項是主導項,因此

 alpha-2=2alpha=>alpha=-2
(5)
 6a=6a^2=>a=1,
(6)

並且解的行為表現為 y(z)=(z-z_0)^(-2)。奇點的鄰域內的行為由洛朗級數展開給出,在這種情況下,

 y(z)=sum_(j=0)^inftya_j(z-z_0)^(j-2).
(7)

將此級數代入得到

 sum_(j=0)^inftya_j(j-2)(j-3)(z-z_0)^(j-4) 
 =6sum_(j=0)^inftysum_(k=0)^inftya_ja_k(z-z_0)^(j+k-4)+Asum_(j=0)^inftya_j(z-z_0)^(j-2).
(8)

這給出了遞推關係,在這種情況下,a_6 是任意的,因此 (z-z_0)^6 項被稱為共振或科瓦列夫斯卡婭指數。在共振處,係數將始終是任意的。如果不存在共振項,則存在的極點不是普通的,並且必須使用 psi 函式研究解。


另請參閱

Psi 函式

使用 探索

參考文獻

Tabor, M. Chaos and Integrability in Nonlinear Dynamics: An Introduction. 紐約: Wiley, 頁 330, 1989.

在 中被引用

前導階分析

請引用為

Weisstein, Eric W. "前導階分析。" 來自 —— 資源。 https://mathworld.tw/LeadingOrderAnalysis.html

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