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¿Por qué del PDE parece tan antinatural?

Primero déjenme comenzar diciendo que estoy muy consciente de que el hecho de que un montón de un tema de matemáticas parece antinatural en la primera aprendizaje. Pero Pde parecen tener un lugar especial en mi "antinatural" de la categoría de las matemáticas. Específicamente porque estoy comfortabe con casi todo lo demás, incluso cuando estoy perdido. En la PDE textos frecuentemente me encuentro con las declaraciones de los autores, tales como "pero si exigimos que el sistema de X tiene la propiedad Y", "si asumimos que la solución es de la forma TX", etc. Todo al revés declaraciones en comparación a decir, análisis real.

Me parece que uno de los Bernoulli del vino, con una separación de variables para que un camino para llegar a una solución y nadie ha tratado de cualquier otra cosa, simplemente siguió empujando eigenfunction de expansión hasta que no hay forma de volver atrás. Es como si hubiéramos encontrado una nave extraterrestre y encontré algunas piezas que hacer cosas, pero al final del día no sabemos cuál es la inspiración para el diseño.

Hay otro método de manejo de ecuaciones en derivadas parciales que parece más "natural" (en el sentido de que la teoría de los números parece natural), en oposición a la separación de variables, eigenfunction de expansión, funciones de green? No hay manera de que yo soy la primera persona a la cuestión de la trayectoria actual de las ecuaciones en derivadas parciales.

Nota: he encontrado algunas de las matemáticas a ser bastante frío en la PDE, en la resolución de un problema de sentido. Y eigenfunction expansiones y series de fourier son frescas en su propio derecho. Me gusta funciones de Green. Yo simplemente no puede obtener por el hecho de que estamos forzando la matemática para el trabajo y, a continuación, volver justifica todo. Como la Delta de Dirac, por ejemplo.

Despotricar. Puede alguien me llevan a la luz, o al menos decirme que me deje de lloriquear en una forma de motivación? Gracias.

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AlexanderJ93 Puntos 101

El gran problema con ecuaciones en derivadas parciales que les hace tan difícil es la geometría. Odas son bastante natural, ya que sólo tenemos que considerar un par de casos cuando se trata de la geometría de la serie y la información que se sabe acerca de él. Podemos encontrar soluciones generales para muchos (lineal) Odas a causa de esto, así que por lo general hay una progresión natural para llegar allí.

Ecuaciones en derivadas parciales por otro lado, tener al menos 2-dimensional de las variables independientes, por lo que la variedad en los tipos de dominios es un aumento de sólo a intervalos razonables conectado dominio. Esto significa que la inicial y los valores de límite contienen mucha más información acerca de la solución, por lo que una solución general tendría que tomar en cuenta todos los posibles geometrías. Esto no es realmente posible en forma significativa, así que normalmente no son soluciones generales.

Cuando hacemos elegir una geometría, a menudo se simplifica el problema de forma significativa. Un buen dominio es $\mathbb{R}^n$. Muchos simples ecuaciones en derivadas parciales tienen la invariancia de las propiedades, lo que significa que si tenemos el espacio suficiente para "shift" y "escala" partes de la ecuación, es muy probable que venir a la razón sobre lo que la solución debe ser similar. Para estas situaciones, puede haber soluciones generales (ver ecuaciones en derivadas parciales en dominios no acotados). Estas soluciones también son más de la sencilla los tipos de soluciones que podemos ver en las Odas.

Muchas ecuaciones en derivadas parciales y ecuaciones diferenciales ordinarias, simplemente, no tienen la forma cerrada de las soluciones, y por lo general, se basan en una serie de métodos y otros rotonda formas de escribir las soluciones que realmente no "mira" como las soluciones.

Separación de variables es una especie de razonable suponer que el efecto de cada variable independiente debe ser independiente de alguna manera. Podemos tratar de escribir la solución como una suma o de un producto o alguna otra combinación de funciones independientes de cada variable independiente, y esto a menudo reduce el problema de alguna manera permite separar el PDE en una serie de Odas. No sabemos que esto va a funcionar en todos los casos, pero si podemos mostrar la singularidad de la solución, luego de encontrar cualquier tipo de solución que hemos encontrado la solución al problema.

La última razón principal es que la teoría de ecuaciones en derivadas parciales es la forma más difícil de lo que la teoría de las ecuaciones diferenciales ordinarias. Así que, cuando tú eres el primero aprender a resolver ecuaciones diferenciales ordinarias, puede ser introducido a estos métodos con un poco de teoría y algunos antecedentes sobre el por qué de cada una de las conjeturas y las técnicas de hace algún sentido. Cuando empiece a aprender a resolver ecuaciones en derivadas parciales, sin embargo, usted probablemente no tendrá ninguna parte cerca de la cantidad de antecedentes que usted necesita para comprender plenamente los problemas. Puede ser enseñado a los métodos, pero siempre van a parecer una estimación aleatoria o simplemente una técnica que sucede a trabajar, hasta que aprenda acerca de la teoría detrás de ella. Como Eric Torres menciona, algunas se encuentran álgebra sería un buen lugar para empezar, y también recomiendo la PDE libros más teóricos de la inclinación para ellos, tales como Lawrence de Evans texto. Ya que parece que tiene algunos antecedentes en el análisis real (y probablemente algunos conceptos básicos de la moderna/álgebra abstracta), yo creo que ambos de estos caminos deben ser alcanzables en su nivel.

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Eric Towers Puntos 8212

Recomiendo el aprendizaje acerca de la Mentira análisis de simetría de las ecuaciones diferenciales.

  • Incluso en las Odas, la estructura de la frase que usted describe es común. "Si $N_x = M_y$, entonces la ecuación es exacta y se puede..."
  • Todas las técnicas de Odas y todas las técnicas que mencionas para ecuaciones en derivadas parciales pueden ser expresadas en este marco.
  • La tecnología informática está a la altura de la computación (algebraicamente horrendas) las prolongaciones que se necesitan para calcular nada. Esto definitivamente no es así en la Mentira del tiempo.

Lugares de partida (los Enlaces son para el editor, usted puede encontrar estos otros lugares):

Además, si usted recibe su cabeza envuelta alrededor de estas ideas, usted tendrá una ventaja inicial a la comprensión de la teoría de Galois. (Grupos de simetrías sosteniendo el conjunto de soluciones de un diferencial marco de invariantes son muy análogos a los grupos de simetrías sosteniendo el conjunto de raíces de un polinomio invariante.)

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Drealmer Puntos 2284

Me gustaría tienden a estar de acuerdo que "al azar" del PDE puede parecer poco natural, o, al menos ... al azar. Pero, como con otras partes de las matemáticas, en mi experiencia, aunque nos gustaría probar el más general de los resultados posibles, sin más esfuerzo, no nos interesa casi tanto sobre aleatoria de elementos como sabemos acerca de las cosas que surgen en el curso de relativamente graves (matemática y de otro tipo) de las empresas.

También, las posibilidades de la técnica de restringir lo que podemos hacer, que, como sucede oftens conduce a la consideración de lineal de ecuaciones en derivadas parciales, al menos como linealizado versiones de posiblemente más "auténtica" ecuaciones en derivadas parciales que pueden describir mejor físicas, geométricas, o de otros fenómenos.

Entonces, si tenemos que tirar natural de simetrías, en Euclidiana espacios que encontrar rápidamente las tres canónicas parcial de operadores diferenciales: Laplaciano $\Delta=\sum_i \partial^2/\partial x^2$, el calor operador $\Delta-\partial/\partial t$, y la ola operador $\Delta-\partial^2/\partial t^2$.

La constante coeficiente aspecto es debido a que se trata de la traducción de todos los idiomas, que es un común/razonable característica. Y así sucesivamente.

Y, como sabemos, para describir, en detalle, el proceso de "resolver la ecuación diferencial con condiciones de frontera..." se puede utilizar, construir o demostrar la existencia de una "función de Green", cuya descripción y propiedades son probablemente el mejor entendida en términos de distribuciones.k.un., funciones generales. Y los últimos son analizarse usando series de Fourier, la transformada de Fourier transforma, y otras funciones propias expansiones cuando esté disponible.

Así que, en mi opinión, estas cosas son sólo más cálculo, y son casi universalmente útil.

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