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张抛砖

银虫 (小有名气)

[求助] 四阶非齐次方程求解已有1人参与

如下图中所示,,怎么求u的表达式(5)??

四阶非齐次方程求解
11.png


四阶非齐次方程求解-1
2.png
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菠萝菠萝蜜
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peterflyer

木虫之王 (文学泰斗)

peterflyer


使用Laplace变换很容易按部就班地解决该问题,不用脑筋急转弯。
  问题可归纳为:
      a*d^4u/dy^4 - b*d^2u/dy^2=c                  (1)
          u(0)=u(h)=u''(0)=u''(h)=0                          (2)

先假设该问题有解。并令u'(0)=m,u'''(0)=n
设U(s)为u(x)的拉式变换。对(1)两边关于y求拉式变换,得到:
a*[s^4*U(s)-s^3*u(0)-s^2*u'(0)-s*u''(0)-u'''(0)]-b*[s^2*U(s)-s*u(0)-u'(0)]=c/s
即:a*[s^4*U-m*s^2-n]-b*[s^2*U-m]=c/s
U(s)=[a*m*s^2+a*n-b*m+c/s]/[a*s^4-b*s^2]
      =[a*m*s^3+(a*n-b*m)*s+c]/[a*s^3*(s^2-b/a)]
     =[a*m*s^3+(a*n-b*m)*s+c]/{a*s^3*[s+sqrt(b/a)]*[s-sqrt(b/a)]}
    =[m*s^3+(n-b/a*m)*s+c/a]/{s^3*[s+sqrt(b/a)]*[s-sqrt(b/a)]}
这是个关于s的有理真分式,由代数学知识,U(s)可设定分为以下形式:
U(s)=A/s^3+B/s^2+C/s+D/[s+sqrt(b/a)]+E/[s-sqrt(b/a)]
A~E可通过比较等号两边同次项系数的方式获得,这个工作很容易,就是计算麻烦一些而已。就留给楼主做了。
  故对U(s)求拉式反变换就求得了u(y):
     u(y)=L^(-1)[U(s)]
         =1/2*A*y^2+B*y+C+D*e^[-sqrt(b/a)*y]+E*e^[sqrt(b/a)*y]
现在有了u(y)的函数形式,但还有m和n两个待求参数。
将(2)中的u'(h)=u''(h)=0代入上式,得到关于m和n的二元方程组,解之,获得m、n的值。如此一来,本问题就彻底得到了解决。
6楼2015-01-22 09:11:57
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