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tarcy金蟲(chóng) (正式寫(xiě)手)
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[求助]
求助高手 解一個(gè)積分方程
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求解磁球的震動(dòng)方程，里面有一個(gè)積分表達(dá)式不太明白怎么得出的。 如圖，第一行方程為被積項(xiàng)表達(dá)式，左端為φ關(guān)于時(shí)間t的倒數(shù)項(xiàng)，右側(cè)表達(dá)式包含變量t和φ的表達(dá)式。 第二行方程為一個(gè)積分項(xiàng)，同時(shí)求極限。 請(qǐng)高手幫解方程，謝謝。 積分公式.jpg |
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2樓2013-09-06 18:43:51
tarcy
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3樓2013-09-06 20:43:15
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【答案】應(yīng)助回帖
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首先做變量替換 x=2(Bt- phi), a=A/B. 那么 dx /dt = 2B -2 (A* Sin(x) ), 即 dx/ ( 1-a*Sin(x) ) = 2B* dt. 這是分離變量x, t. 積分兩邊, 右端是2Bt +C, 其中C是任意常數(shù). 左端用萬(wàn)能公式 sin(x)= 2*tan(x/2) / (1+tan^2(x/2)), 被積函數(shù)可寫(xiě)成 dx/ ( 1-a*Sin(x) ) = sec^2(x/2) dx / [ 1+tan^2(x/2) -2a*tan(x/2) ] = -2 * d(a-tan(x/2)) / [(1-a^2) + (a-tan(x/2))^2] 這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)積分, 關(guān)于arctan函數(shù)的, 所以左端是 -2/ sqrt(1-a^2) *arctan[ (a-tan(x/2)) / sqrt(1-a^2)]. 因此 tan(x/2) -a = sqrt(1-a^2)* tan(B*sqrt(1-a^2)*t +C). 忐忑地問(wèn)一下樓主, 是不是 有|A| < |B|的限制條件? 當(dāng)t趨于無(wú)窮大時(shí), sqrt(1-a^2)* tan(B*sqrt(1-a^2)*t +C)是周期性的無(wú)界的振蕩函數(shù), 因此, tan(x/2)也是振蕩的, 沒(méi)有極限. 因此不能用L'Hospital 法則求極限 int_{0}^T sin(x) dt / T. 其實(shí), sin(x(t) )基本上是個(gè)周期函數(shù), 所以樓主要求的極限等于一個(gè)周期上的積分值, 具體來(lái)說(shuō)就是, int_{- pi/2}^{pi/2} 2*( a+sqrt(1-a^2)*tan(theta) ) / [1 + ( a+sqrt(1-a^2)*tan(theta) )^2 ] d(theta). 經(jīng)過(guò)一些雜七雜八的化簡(jiǎn)后, 要求計(jì)算Integrate[ y / [(1+y^2)(1-a^2+(y-a)^2)], {y, -infinity, infinity} ] Mathematica軟件計(jì)算結(jié)果為 -Pi/ (2a), 所以極限值等于 -Pi* sqrt( (B/A)^2-1). 答案有些詭異, 樓主看看符號(hào)有沒(méi)有 問(wèn)題, 是否與預(yù)期的相符, 等等. |
4樓2013-09-07 01:53:32
hank612
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哎呀好象Mathematica軟件計(jì)算結(jié)果有問(wèn)題, 那個(gè)負(fù)的答案是在某種條件下得到的, http://www.wolframalpha.com/inpu ... 2C+infinity%7D+%5D+ 我看了一下原函數(shù)表達(dá)式, 覺(jué)得還是這個(gè)答案更合理: Pi* [ B/A - sqrt( (B/A)^2 -1 ) ]. 樓主可以代入一些參數(shù), 驗(yàn)證合理性. |
5樓2013-09-07 02:26:05
peterflyer 
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【答案】應(yīng)助回帖
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tarcy: 金幣+2, ★有幫助, 我原來(lái)也是這么認(rèn)為的，可是真的可以積分出來(lái)，只不過(guò)求極限那里出問(wèn)題了 2013-09-07 14:32:55
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第一個(gè)為微分方程，不是積分方程。估計(jì)沒(méi)有解析解，須和具體邊界和初始條件相結(jié)合求得數(shù)值解。 第二個(gè)極限應(yīng)為零。原式極限中的式子為[1-Cos（2BT-2φ)]/(2B),其絕對(duì)值小于1，因此當(dāng)T取向正無(wú)窮時(shí)，極限為零。 |
6樓2013-09-07 08:30:56
tarcy
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7樓2013-09-07 14:26:10
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8樓2013-09-08 01:33:28
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