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卡东穆塞夫-彼得韦亚斯维利方程
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[[File:Ile de ré.JPG|thumb|right|300px|这张在法国[[大西洋]]岸[[雷岛]](RHE)鲸鱼灯塔拍摄的照片,显示浅海上田字形的椭圆余弦波列。这种浅水中的[[孤波]]可以由卡东穆夫-彼得韦亚斯维利方程模拟。]] '''卡东穆塞夫-彼得韦亚斯维利方程'''(Kadomtsev-Petviashvili equation),简称KP方程,是1970年苏联物理学家波里斯·卡东穆塞夫 和弗拉基米尔-彼得韦亚斯维利创立以模拟非线性波动的非线性偏微分方程<ref>Kodomtsev,B.B and Petviashivili V.I. On the stability of solitary waves in weakly dispersive media Dokl. Akad Nauk SSSR 192 753-6(1970) Soviet Phys. Dok 15,539-41(1970)</ref>: :<math>\displaystyle \partial_x(\partial_t u+u \partial_x u+\epsilon^2\partial_{xxx}u)+\lambda\partial_{yy}u=0</math> 其中 <math>\lambda=\pm 1</math>. ==解析解== 卡东穆塞夫-彼得韦亚斯维利方程有解析解<ref>Erk Infeld & George Rowlands, Nonlinear Waves,Solitons and Chaos p224-233 Cambridge University Press,2000</ref> ===行波解=== <math>u(x,y,t)= C5+12.*_C2*\tanh(_C1+_C2*x+_C3*y-(.50000000000000000000*(8.*_C2^4+_C3^2))*t/_C2)</math> 代人参数: C5 = 1, _C1 = 0, _C2 = 1, _C3 = 3 得:<math>u= 1+12.*tanh(x+3*y-8.5000000000000000000*t)</math> {{Gallery |width=270 |height=252 |align=center |File:Kadomtsev-Petviahivili equation 3D plot.png|Kadomtsev-Petviahivili equation 3D plot |File:Kadomtsev-Petviashivili pde animation.gif|Kadomtsev-Petviashivili pde animation }} ===Sech 函数亮孤立子解=== 利用sech函数展开法可得卡东穆塞夫-彼得韦亚斯维利方程的sech函数解和tanh函数解<ref>AHMET BEKIR and ÖZKAN GÜNER Bright and dark soliton solutions of the (3 + 1)-dimensional generalized Kadomtsev–Petviashvili equation and generalized Benjamin equation,journal of Physics, August 2013 Vol. 81, No. 2, pp. 203–214</ref>。 <math>u := a*sech(a*x+b*y+c*z-(a^4+3*b^2+3*c^2)/a)*t</math> 参数:a = -2 .. 2, b = -2 .. 2, c = 0 {{Gallery |width=270 |height=252 |align=center |File:Kadomtsev Petviashivili pde sech solution 3d plot.png|Kadomtsev Petviashivili pde sech solution 3d plot |File:Kadomtsev-Petviashivili pde bright soliton.gif|卡东穆塞夫-彼得韦亚斯维利方程sech函数亮孤立子 }} ===tanh 函数解=== <math>u := 2*a^2*tanh(a*x+b*y+(8*a^4-3*b^2)/a)^2*t</math><ref>AHMET BEKIR and ÖZKAN GÜNER </ref>。 参数:a = 2, b = -2; {{Gallery |width=270 |height=252 |align=center |File:Kadomtsev-Petviashivili pde dark soliton.gif|KP方程暗tanh函数暗孤立子 }} ===雅可比橢圓函數解=== 通过[[朗斯基行列式]]展开法可得卡东塞穆夫-彼得韦亚斯维利方程多个雅可比橢圓函數解<ref>吕大昭等 Novel Interaction Solutions to Kadomtsev–Petviashvili Equation,Commun. Theor. Phys. (Beijing, China) 54 (2010) pp. 484–488</ref>。 <math>u4 := \frac{(-4*m^2*k[1]^2*g)}{(\sqrt{1-m^2}*sn(\xi[1], k)*sin(\xi[2])+dn(\xi[1], k)*cos(\xi[2])*cn(\xi[1], k))^2)}</math> 其中: <math> g = (m^2-1)*sn(\xi[1], k)^2+(2-2*m^2)*sn(\xi[1], k)^4+cos(\xi[2])^2; -2*sn(\xi[1], k)^2*cos(\xi[2])^2+m^2*sn(\xi[1], k)^4*cos(\xi[2])^2</math> <math> \xi[1] = k[1]*x+\lambda[1]*y+(4*m^2*k[1]^3+16*k[1]^3-3*\sigma^2*\lambda[1]^2/k[1])*t+\gamma[1]</math> <math>\xi[2] = \sqrt{1-m^2}*(k[1]*x+\lambda[1]*y+(-4*m^2*k[1]^3+16*k[1]^3-3*\sigma^2*\lambda[1]^2/k[1])*t)-\gamma[2]</math> 代入后得: <math>f4 := -4*m^2*k[1]^2*((m^2-1)*JacobiSN(k[1]*x+\lambda[1]*y+(4*m^2*k[1]^3+16*k[1]^3</math> <math>-3*\sigma^2*\lambda[1]^2/k[1])*t+\gamma[1], k)^2+(2-2*m^2)*JacobiSN(k[1]*x+\lambda[1]*y</math> <math>+(4*m^2*k[1]^3+16*k[1]^3-3*\sigma^2*\lambda[1]^2/k[1])*t+\gamma[1], k)^4+</math> <math>cos(\sqrt{(1-m^2)}*(k[1]*x+\lambda[1]*y+(-4*m^2*k[1]^3+16*k[1]^3-3*\sigma^2*\lambda[1]^2/k[1])*t)</math> <math>-\gamma[2])^2)/(sqrt(1-m^2)*JacobiSN(k[1]*x+\lambda[1]*y+(4*m^2*k[1]^3+16*k[1]^3-</math> <math>3*\sigma^2*\lambda[1]^2/k[1])*t+\gamma[1], k)*sin(\sqrt(1-m^2)*(k[1]*x+\lambda[1]*y+</math> <math>(-4*m^2*k[1]^3+16*k[1]^3-3*\sigma^2*\lambda[1]^2/k[1])*t)-\gamma[2])+JacobiDN(k[1]*x+\lambda[1]*y+</math> <math>(4*m^2*k[1]^3+16*k[1]^3-3*\sigma^2*\lambda[1]^2/k[1])*t+\gamma[1], k)*cos(\sqrt{1-m^2}*(k[1]*x+\lambda[1]*y+</math> <math>(-4*m^2*k[1]^3+16*k[1]^3-3*\sigma^2*\lambda[1]^2/k[1])*t)-\gamma[2])*JacobiCN(k[1]*x+</math> <math>\lambda[1]*y+(4*m^2*k[1]^3+16*k[1]^3-3*\sigma^2*\lambda[1]^2/k[1])*t+\gamma[1], k))^2</math> {{Gallery |width=270 |height=252 |align=center |File:Kadomtsev Petviashivili pde elliptic function solution 3d plot.png|Kadomtsev Petviashivili pde elliptic function solution 3d plot }} ==参考文献== <references/> # *谷超豪 《[[孤立子]]理论中的[[达布变换]]及其几何应用》 上海科学技术出版社 # *阎振亚著 《复杂非线性波的构造性理论及其应用》 科学出版社 2007年 # 李志斌编著 《非线性数学物理方程的行波解》 科学出版社 #王东明著 《消去法及其应用》 科学出版社 2002 # *何青 王丽芬编著 《[[Maple]] 教程》 科学出版社 2010 ISBN 9787030177445 #Graham W. Griffiths William E.Shiesser Traveling Wave Analysis of Partial Differential p135 Equations Academy Press # Richard H. Enns George C. McCGuire, Nonlinear Physics Birkhauser,1997 #Inna Shingareva, Carlos Lizárraga-Celaya,Solving Nonlinear Partial Differential Equations with Maple Springer. #Eryk Infeld and George Rowlands,Nonlinear Waves,Solitons and Chaos,Cambridge 2000 #Saber Elaydi,An Introduction to Difference Equationns, Springer 2000 #Dongming Wang, Elimination Practice,Imperial College Press 2004 # David Betounes, Partial Differential Equations for Computational Science: With Maple and Vector Analysis Springer, 1998 ISBN 9780387983004 # George Articolo Partial Differential Equations & Boundary Value Problems with Maple V Academic Press 1998 ISBN 9780120644759 {{非线性偏微分方程}} [[Category:非线性偏微分方程]] [[category:孤立子]]
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