工程數(shù)學(xué)之漸進(jìn)分析/攝動(dòng)理論基礎(chǔ)

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個(gè)人理解的“漸近級(jí)數(shù)”跟“收斂級(jí)數(shù)”的區(qū)別:后者重視的是項(xiàng)數(shù)充分大時(shí)收斂到精確解,余項(xiàng)收斂到零(但收斂未必關(guān)于小參數(shù)epsilon一致)。但前者是希望在截?cái)嘤邢揄?xiàng)時(shí),小參數(shù)趨于零的場(chǎng)合下 余項(xiàng)能夠有對(duì)于參數(shù)的收斂階估計(jì)。漸近級(jí)數(shù)可能是發(fā)散的,而且不少漸近分析的問(wèn)題還非得用發(fā)散的漸近級(jí)數(shù)才能研究。
A = O(B)的含義是 存在常數(shù)C使得|A|<=C|B|,有可能A的量級(jí)遠(yuǎn)比B小,也可能一樣。A=o(B)則是(在某個(gè)極限過(guò)程當(dāng)中)A/B收斂到零。
非齊次常系數(shù)ODE找特解可以用常數(shù)變易法/Laplace變換法,也可以靠猜。更復(fù)雜的ODE/PDE需要數(shù)值方法。
奇異攝動(dòng)往往是小參數(shù)出現(xiàn)在“強(qiáng)烈非線(xiàn)性項(xiàng)”或者“最高階導(dǎo)數(shù)項(xiàng)”系數(shù)上 導(dǎo)致的。某些ODE/PDE的奇異攝動(dòng)會(huì)導(dǎo)致“邊界層”現(xiàn)象,比如這里舉例的Friedrichs方程。尺度變換+無(wú)量綱化確實(shí)是研究奇異攝動(dòng)的實(shí)用的方法,學(xué)習(xí)了。
數(shù)值方法通常不能直接處理好奇異攝動(dòng)ODE/PDE,反倒需要借助漸近分析來(lái)構(gòu)造適合該問(wèn)題的特定小參數(shù)的數(shù)值方法。粗略地說(shuō),就是“邊界層附近加細(xì)網(wǎng)格”。
當(dāng)然,有些方程的形式過(guò)于復(fù)雜,不太容易猜到漸近級(jí)數(shù)的主項(xiàng)的形式(至少?zèng)]有通法)。
第二類(lèi)奇異攝動(dòng)可能在研究某一階項(xiàng)時(shí)出現(xiàn)“共振”現(xiàn)象(ODE的右端項(xiàng)剛好和通解同頻率),研究長(zhǎng)時(shí)間性態(tài)時(shí)可能發(fā)生“螞蟻撼大象”的情況(某一項(xiàng)的量級(jí)達(dá)到其前一項(xiàng)的量級(jí))違背漸近的要求。一種解決方案是對(duì)頻率項(xiàng)(的倒數(shù))也進(jìn)行漸近展開(kāi)。不過(guò)試圖解高階項(xiàng)就會(huì)非常麻煩。