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近年来,非线性科学迅速发展成为一门新的学科。孤子理论作为非线性科学的一个重要分支,从二十世纪六十年代以来获得了重大的发展,在流体力学、等离子体、光学、通信等自然科学领域里,得到了广泛的研究和应用。而对于非线性发展方程的求解成为非线性科学研究的关键所在,也是难点所在。至今,能够求得非线性发展方程精确解的方法有反散射方法,Hirota方法,Wronskian技术,行波法等等。
本文正是以非线性发展方程的理论为基础,研究了几种重要的求解的方法,并求出了(2+1)维破裂孤立子方程和Whitham—Broer—Kaup(WBK)方程的精确解。
本文章节及内容安排如下:
第一章首先介绍了孤子理论的发展史,接着介绍了几种常用的求解非线性发展方程的方法,通过举例给出了一般的求解过程。
第二章具体介绍了Hirota方法。它是20世纪70年代由Hirota发展起来的一种求解非线性发展方程的精确求解法。我们介绍了双线性算子及其性质和线性化常用的三种变换,然后通过(2+1)维破裂孤立子方程给出了Hirota方法求解方程的详细过程。
第三章介绍了Wronskian技术。Wronskian技术通过得到非线性发展方程的双线性形式,构造Wronskian行列式,再将Wronskian行列式直接代入双线性方程中进行验证。我们运用Wronskian技术求得(2+1)维破裂孤立子方程Wronskian形式的N孤子解,并给出相应的证明。
第四章介绍了行波法,并通过求解Whitham—Broer—Kaup(WBK)方程详细给出了Tanh—函数法和Exp—函数的的具体求解过程。通过比较两种方法所求得的解,证实我们运用Exp—函数法求得的解比Tanh—函数法求得的解更为广泛。