變分法與邊值問題

變分法與邊值問題第一頁，共十四頁，2022年，8月28日第6章變分法與邊值問題6.1

邊值問題與算子方程6.1.1薄膜的橫振動(dòng)與最小位能原理

考慮張?jiān)谄矫嬗薪鐓^(qū)域上的均勻薄膜在垂直于平面的外力作用下的微小橫振動(dòng)，薄膜的邊緣固定在上。利用微元分析法可得薄膜的總位能為其中，T表示張力，F(xiàn)(x,y)表示外力面密度，u(x,y)表示薄膜在點(diǎn)(x,y)出垂直于平面方向的位移。由于薄膜邊緣固定,故可見,(6.1.1)是定義在容許函數(shù)類上的泛函。第二頁，共十四頁，2022年，8月28日第6章變分法與邊值問題

類似于小節(jié)中對(duì)Dirichlet原理的討論，可知泛函（）的極小函數(shù)就是Poisson方程Dirichlet問題

的解；反之邊值問題（6.1.2)的解u也是泛函(6.1.1)的極小函數(shù),即

于是,我們可以用變分方法得到邊值問題(6.1.2)的解.值得注意的是,為了保證極小函數(shù)的存在性,有時(shí)必須將容許函數(shù)類擴(kuò)大.此時(shí)我們得到的不一定是邊值問題的古典解而是弱解.第三頁，共十四頁，2022年，8月28日第6章變分法與邊值問題6.1.2正算子與算子方程

我們稱滿足等式（Au,v)=(Av,u)的算子A為對(duì)稱算子。設(shè)A是定義在Hilbert空間H的某一線性稠密子集上的線性算子，若對(duì)中的任意元素u，有且等號(hào)成立當(dāng)且僅當(dāng)u=0,則稱A是正算子。第四頁，共十四頁，2022年，8月28日第6章變分法與邊值問題應(yīng)用

取Hilbet空間為第五頁，共十四頁，2022年，8月28日第6章變分法與邊值問題

可以驗(yàn)證，它們各自對(duì)應(yīng)的算子是正算子。對(duì)應(yīng)于以上三種問題算子的定義域分別為第六頁，共十四頁，2022年，8月28日第6章變分法與邊值問題6.1.3正定算子弱解存在性

設(shè)A是上的線性算子，若存在常數(shù)對(duì)任意有則稱算子A是上的正算子。在上引入新內(nèi)積由此內(nèi)積誘導(dǎo)的新范數(shù)記為第七頁，共十四頁，2022年，8月28日第6章變分法與邊值問題第八頁，共十四頁，2022年，8月28日第6章變分法與邊值問題第九頁，共十四頁，2022年，8月28日第6章變分法與邊值問題6.2Laplace算子的特征值問題

本節(jié)考慮如下的Laplace算子特征值問題：第十頁，共十四頁，2022年，8月28日第6章變分法與邊值問題6.2.1特征值與特征函數(shù)的存在性第十一頁，共十四頁，2022年，8月28日第6章變分法與邊值問題第十二頁，共十四頁，2022年，8月28日第6章變分法與邊值問題6.2.2