• 数学物理中的常见误区


    • 多元函数求偏导数时注意区分那些是自变量,那些是函数,以及函数的自变量是什么。自变量之间的偏导都是零,而针对函数的偏导则不一定是零。
      例:在计算阿尔芬波色散关系的时候有这样的式子:

    [frac{d}{dx}[(omega^2-omega_A^2(x))frac{dU(x)}{dx}] ]

    上式中(frac{d}{dx})作用到(omega^2)上就是0,但是作用到(omega_A^2(x))则非零,因为(x,omega)都是自变量,而(omega_A^2)则是函数。

    • 多元傅立叶变换中的等价性:
      对于(U(vec{r},t) o U(x)e^{i(k_y y+k_z z-omega t)}),这时如果有梯度算符( abla)作用到U上,则梯度算符( abla)与波数(vec{k}=k_yvec{e_y}+k_zvec{e_z})并不等价。而是有等价关系:

    [ ablaLeftrightarrow (vec{e_x}frac{d}{dx}+ivec{k}) ]

    • 平衡量的微分
      物理中的平衡量一般而言都是针对时间的平衡量(A_0=A_0(vec{r})),所以对空间变量的微分未必是零。
      (frac{partial A}{partial t}=0, frac{partial A}{partial x} eq 0)
    • 微分算符的可交换性
      在物理问题中常常出现连续作用的微分算符,有些微分算符还是一些比较复杂的运算。一般而言,只要是相互独立的微分算符都是可以交换顺序的。因为实际物理问题中的多元函数一般都是可微的,并没有数学中要求的那么严格。
      例如:( extit{D}=(frac{partial^2}{partial t^2}-frac{1}{ ho_0mu_0}(vec{B_0}cdot abla)^2)),这个算符同时也是x的函数而与y,z无关。所以( extit{D})不可以与(frac{partial}{partial x})交换顺序,但是可以与(frac{partial}{partial y})(frac{partial}{partial z})交换顺序。即:(frac{partial}{partial x}( extit{D}f) eq extit{D}frac{partial f}{partial x}),但是可以有(frac{partial}{partial y}( extit{D}f)= extit{D}frac{partial f}{partial y}).
    • 极限运算与微积分运算的可交换性
      极限运算和微分运算,极限运算和积分运算都是可以交换先后顺序的,因为无论积分运算或者是微分运算,都是利用极限运算来定义的。
    • 对时间的全导数和偏导数是不等价的
      假设有一个时变的标量场(Q=Q(vec{r},t))则有如下关系:
      (frac{dQ}{dt}=frac{partial Q}{partial t}+vec{v}cdot abla Q eq frac{partial Q}{partial t})
    • 物理规律的适用条件
      从哲学的角度来讲,人类目前领悟的物理定律都源于对自然现象的总结归纳,都还只是对宇宙中绝对真理(自然规律)的近似,所以和真正的自然现象还会存在一定的误差。就连我们已经掌握的物理定律在不同条件下都有不同的近似。
      例:牛顿第二定律,

    [egin{equation} vec{F}=frac{d}{dt}(mvec{v})= left{ egin{array}{l} mfrac{dvec{v}}{dt} & (low speed)\ frac{dm}{dt}vec{v}+mfrac{dvec{v}}{dt} & (high speed v approx c) end{array} ight. end{equation} ]

    例:流体连续方程,

    [egin{equation} frac{partial ho}{partial t}+ ablacdot( ho vec{v})=0Leftrightarrow egin{array}{l} frac{partial ho}{partial t}+ ho ablacdotvec{v}=0 & (non-compressible fluid)\ frac{partial ho}{partial t}+ abla hocdotvec{v}+ ho ablacdotvec{v}=0 & (compressible fluid) end{array} end{equation} ]

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