基于对称群方法研究几类非线性偏微分方程(组)的不变解

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随着近代物理和数学的发展,物理学中的非线性现象、问题受到越来越多人的关注.许多非线性问题的研究可以被归结为对非线性偏微分方程(以下简称PDE)的研究.求解非线性PDE是十分必要的,方法也有很多. Lie对称方法是一个较普适性而行之有效的方法,是研究非线性PDE不变解的基础.  本文基于符号计算系统 MATHEMATICA,研究了一类非线性偏微分方程组(PDEs)和两类非线性PDE的经典Lie对称、条件对称、近似对称、对称分类、一维最优系统、相似约化及不变解的构造.  第一章简述了本文的研究背景及意义,并简单介绍了经典Lie对称、条件对称、近似Lie对称的方法.  第二章利用经典Lie对称的方法研究了一类含两个任意函数的非线PDEs,获得对称分类.对其中的两种情况做进一步分析,构造一维最优系统,并利用最优系统中的元素对PDEs相似约化,求不变解.另外,利用条件对称的方法研究了PDEs的一种特殊情况,并利用条件对称对该方程组进行相似约化、求不变解.  第三章研究了一类非线性渗流方程vt=k(vx)vxx.当k(vx)=ex和k(vx)=(vx)n时,分别对这两种情况的PDE进行研究.构造一维最优系统,对PDE进行相似约化,进而求不变解.此外,还分别利用条件对称研究了这两种情况的PDE,并利用条件对称对方程进行相似约化,进而求不变解.  第四章利用Baikov, Gazizov和Ibragimov提出的近似对称方法,研究了扰动Boussinesq方程.构造了一维最优系统,分析方程的近似不变解,并给出了一些近似不变量.  第五章对本文的研究内容进行总结,展望需要进一步研究的内容.
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