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孤立子微扰理论

/perturbation theory of solitons/
条目作者李继彬张翼
条目作者李继彬

李继彬

张翼

张翼

最后更新 2024-12-03
浏览 129
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研究在给定的非线性偏微分方程中增加小扰动项后孤立子解的持续存在性和动力学性质的理论。

英文名称
perturbation theory of solitons
所属学科
力学

更广义地说,如果一个可积的非线性波方程存在孤立子解、扭波解、呼吸子解或周期波解等,扰动理论研究什么样的扰动技术能使上述解得到保持。对于可积系统的小扰动,人们还考虑未扰系统的上述解在扰动下的稳定性问题。

扰动技术存在直接法和间接法两种方法。主要的直接法有拟静态展开法、平方特征函数展开法、格林函数法、经典扰动理论与分离变量相结合的方法等。间接法是以反散射变换为基础的微扰方法。

当某个未扰动系统存在孤立子解时,直接扰动理论的典型方法是发现扰动系统紧靠该孤子解的近似解。考虑扰动的非线性发展方程:

   (1)

时,假设未扰动系统:

   (2)

有一个孤子解。当时,用多重时间尺度法,即所谓的绝热扰动技术,引入慢时间尺度和快时间尺度使得,将未扰动的孤子解记为,其中,并将扰动系统(1)的解表示为如下的拟静态形式:

   (3)

将(3)代入(1)并比较阶项的系数,得到不同阶的近似方程,例如一阶近似方程为:

   (4)

式中。(4)的左边是一个线性算子。为得到(4)的解(即一阶修正项),主要技术是求出(4)的线性化方程的特征函数,以便构造格林函数。一般地,需要找到可解性条件,从而确定相应的一阶修正项。人们还对不同的发展方程通过解析方法去讨论孤子解的稳定性,并揭示可能的不稳定性机制。

如果(1)中的不是很小,数学物理学家们先后使用同伦扰动法、变分迭代法等去获得一阶修正项

  • 黄念宁.孤子理论和微扰方法.上海:上海科技教育出版社,1996.
  • HERMAN R L.Exploring the connection between quasistationary and squared eigenfunction expansion techniques in soliton perturbation theory.Nonlinear Analysis,2005,63:2473-2482.
  • KASHKARI B S,EL-TANTAWY S A,SALAS A H, et al.Homotopy perturbation method for studying dissipative nonplanar solitons in an electronegative complex plasma.Chaos,Solitons and Fractals,2020,130:109.

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