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Mathematics版 - 求教一阶变系数微分方程组的解法,谢谢!
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请问此偏微分方程的解析解关于这个方程的一个问题
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话题: w1话题: w0话题: dt话题: exp话题: 2i
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c****8
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1
非常着急的需要答案,希望各位大侠指点。
方程组如下,x,y,z是关于t的变量,需要求出。w0,w1是常数。非常感谢帮忙,或者给
各思路。
dx/dt = w0*y + w1*sin(w0*t)*z
dy/dt = -w0*x + w1*cos(w0*t)*z
dz/dt = -w1*sin(w0*t)*x - w1*cos(w0*t)*y
d****n
发帖数: 397
2
让c = x + i*y
先把三个方程转化为两个(有C, Z, t)
然后让Q=C*exp(-i*w0*t)
最后转化为
dq/dt = -i*w1*z
dz/dt =i/2 *w1*( q- q_bar) : q_bar 是q的共轭
然后dq_bar/dt = i*w1*z
d(q+q_bar)/dt = 0
所以
q+q_bar = const
让q = a+i*b
db/dt = 1/2i * d(q-q_bar) /dt = - w1*z
dz/dt = - w1*b
然后就很简单了

【在 c****8 的大作中提到】
: 非常着急的需要答案,希望各位大侠指点。
: 方程组如下,x,y,z是关于t的变量,需要求出。w0,w1是常数。非常感谢帮忙,或者给
: 各思路。
: dx/dt = w0*y + w1*sin(w0*t)*z
: dy/dt = -w0*x + w1*cos(w0*t)*z
: dz/dt = -w1*sin(w0*t)*x - w1*cos(w0*t)*y

c****8
发帖数: 626
3
非常感谢!
在让c=x+i*y 后,如何化为关于c,z,t的两个方程?我目前得到一个方程:
dc/dt = i*w0*c + i*w1*exp(-i*w0*t)*z,
但无法得到第二个。

【在 d****n 的大作中提到】
: 让c = x + i*y
: 先把三个方程转化为两个(有C, Z, t)
: 然后让Q=C*exp(-i*w0*t)
: 最后转化为
: dq/dt = -i*w1*z
: dz/dt =i/2 *w1*( q- q_bar) : q_bar 是q的共轭
: 然后dq_bar/dt = i*w1*z
: d(q+q_bar)/dt = 0
: 所以
: q+q_bar = const

d****n
发帖数: 397
4
第二个就是 dz/dt = 。。。
你这个方程符号错了。应该是dc/dt = -i*w0*c - i * w1 * exp(-i *w0*t)*z

【在 c****8 的大作中提到】
: 非常感谢!
: 在让c=x+i*y 后,如何化为关于c,z,t的两个方程?我目前得到一个方程:
: dc/dt = i*w0*c + i*w1*exp(-i*w0*t)*z,
: 但无法得到第二个。

d****n
发帖数: 397
5
dz/dt = - w1* (exp(+)-exp(-))/(2i)* x - w1 * (exp(+) + exp(-))/2 * y
= - 1/(2i) * w1*[exp(+) * (x + i*y) -exp(-) * (x - i*y)]
= - 1/ (2i) *w1*( exp(+)*c - exp(-) * c_bar)
= - 1/(2i) * w1* (q -q_bar)

【在 c****8 的大作中提到】
: 非常着急的需要答案,希望各位大侠指点。
: 方程组如下,x,y,z是关于t的变量,需要求出。w0,w1是常数。非常感谢帮忙,或者给
: 各思路。
: dx/dt = w0*y + w1*sin(w0*t)*z
: dy/dt = -w0*x + w1*cos(w0*t)*z
: dz/dt = -w1*sin(w0*t)*x - w1*cos(w0*t)*y

c****8
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6
谢谢!
但我觉得第一个方程应该是这样的(即第二项是正的),是吗?
dc/dt = -i*w0*c + i * w1 * exp(-i *w0*t)*z

【在 d****n 的大作中提到】
: 第二个就是 dz/dt = 。。。
: 你这个方程符号错了。应该是dc/dt = -i*w0*c - i * w1 * exp(-i *w0*t)*z

d****n
发帖数: 397
7
对,我搞错了。但是解法还是那样。
你这个方程是研究什么时候出现的?NMR?
感觉是
dvectorR/dt = vectorR X vectorw。
这个运动就是进动+以圆周上的点为圆心的转动。

【在 c****8 的大作中提到】
: 谢谢!
: 但我觉得第一个方程应该是这样的(即第二项是正的),是吗?
: dc/dt = -i*w0*c + i * w1 * exp(-i *w0*t)*z

c****8
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8
果然厉害,是有关NMR 中的bloch 方程的情况。
我正在按你的推导,有问题再问你。

【在 d****n 的大作中提到】
: 对,我搞错了。但是解法还是那样。
: 你这个方程是研究什么时候出现的?NMR?
: 感觉是
: dvectorR/dt = vectorR X vectorw。
: 这个运动就是进动+以圆周上的点为圆心的转动。

c****8
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9
请问如何得到
dq/dt = -i*w1*z
另外,感觉q=c*exp(i*w0*t)?
谢谢

【在 d****n 的大作中提到】
: 让c = x + i*y
: 先把三个方程转化为两个(有C, Z, t)
: 然后让Q=C*exp(-i*w0*t)
: 最后转化为
: dq/dt = -i*w1*z
: dz/dt =i/2 *w1*( q- q_bar) : q_bar 是q的共轭
: 然后dq_bar/dt = i*w1*z
: d(q+q_bar)/dt = 0
: 所以
: q+q_bar = const

d****n
发帖数: 397
10
………….
对就是q=c*exp(i*w0*t),然后c=q*exp(-i*w0*t),带入
dc/dt =。。。,就可以得到dq/dt =。。。
这个你要再不明白,我也帮不了你了。

【在 c****8 的大作中提到】
: 请问如何得到
: dq/dt = -i*w1*z
: 另外,感觉q=c*exp(i*w0*t)?
: 谢谢

相关主题
一个简单的常微分方程求通解关于这个方程的一个问题
!!!微分方程问题求解!!!这个微分方程怎么解呢?
中国数学人传记连载(9):丁夏畦台湾一所一般高校的师资
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c****8
发帖数: 626
11
谢谢指点,都怪偶笨笨,好像是这样的:
dc/dt = dq/dt * exp(-i*w0*t) - q*i*w0*exp(-i*w0*t)
=>. dq/dt = dc/dt * exp(i*w0*t) + q*i*w0,而
dc/dt = -i*w0*c + i * w1 * exp(-i *w0*t)*z,代入得
dq/dt=-i*w0*q + i*w1*z+q*i*w0
=i*w1*z

【在 d****n 的大作中提到】
: ………….
: 对就是q=c*exp(i*w0*t),然后c=q*exp(-i*w0*t),带入
: dc/dt =。。。,就可以得到dq/dt =。。。
: 这个你要再不明白,我也帮不了你了。

c****8
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12
再次谢谢!按照你的方法求的了结果!
但是很好奇,有没有笨办法直接求解?你的方法技巧性很强,不是普通人能想到的:-)

【在 d****n 的大作中提到】
: ………….
: 对就是q=c*exp(i*w0*t),然后c=q*exp(-i*w0*t),带入
: dc/dt =。。。,就可以得到dq/dt =。。。
: 这个你要再不明白,我也帮不了你了。

d****n
发帖数: 397
13
…..不知道其他巧妙的方法。这个方法挺常规的,凡是有sin,cos大概都要转化为exp,
凡是有exp,大概都要做q=c*exp,变量代换,等等。这个大概是物理、数学系大一
的水准。其他系的训练好像不够。多练练就出来了。

【在 c****8 的大作中提到】
: 再次谢谢!按照你的方法求的了结果!
: 但是很好奇,有没有笨办法直接求解?你的方法技巧性很强,不是普通人能想到的:-)

c****8
发帖数: 626
14
hi dragon,
再次谢谢你的帮忙!
我现在考虑一种特殊的情况,微分方程为:
dx/dt = delta_w * y;
dy/dt = w1*z - delta_w * x;
dz/dt = - w1*y;
它应该描述关于过原点的一直线(轴)的旋转运动。当delta_w=0时,该轴与x轴重合。
我现在得到的解为(初始条件为仔z轴上的点,即x(0)=y(0)=0, z(0)=z0):
z = z0*cos(wx*t);
其中wx=sqrt(w1^2+delta_w^2)。
但我感觉去我求得的z好像不对,因为它似乎是旋转轴与x轴重合时的情况。
你和你一起探讨这个问题吗,我可以提供详细的情况如果你需要。

exp,

【在 d****n 的大作中提到】
: …..不知道其他巧妙的方法。这个方法挺常规的,凡是有sin,cos大概都要转化为exp,
: 凡是有exp,大概都要做q=c*exp,变量代换,等等。这个大概是物理、数学系大一
: 的水准。其他系的训练好像不够。多练练就出来了。

d****n
发帖数: 397
15
不用谢,举手之劳。
你这个特殊情况是什么意思?上面的是一般情况? 你的delta_w是常数吗?是的话用
Laplace变换把微分方程,转化为代数方程,然后用线性方程组的方法求解,再反变换
回去。这个就是你说的“笨”方法,因为实在比较常规。Laplace变换不会算不要紧,
查表就行了。
解的物理意义,你应该比较清楚吧。
还有,你是做什么研究的?我比较好奇。NMR?好像化学NMR也不教这些。
还有,mitbbs上发图片怎么发?如果我知道,我可以把解画个图,发上去你就能直接看
了。

【在 c****8 的大作中提到】
: hi dragon,
: 再次谢谢你的帮忙!
: 我现在考虑一种特殊的情况,微分方程为:
: dx/dt = delta_w * y;
: dy/dt = w1*z - delta_w * x;
: dz/dt = - w1*y;
: 它应该描述关于过原点的一直线(轴)的旋转运动。当delta_w=0时,该轴与x轴重合。
: 我现在得到的解为(初始条件为仔z轴上的点,即x(0)=y(0)=0, z(0)=z0):
: z = z0*cos(wx*t);
: 其中wx=sqrt(w1^2+delta_w^2)。

c****8
发帖数: 626
16
谢谢!
我是做MRI成像的,这些方程都是在某些情况下的 Bloch equation。对于我给出的一下
情况,delta_w, w1均为常数。
物理意义是使点(x,y,z)绕一个过原点的直线(轴)的旋转运动。该轴方向是由delta
_w,w1决定的。这个物理意义是我预先知道的,我现在想对微分方程组求解,然后看看
结果是不是能反映这种运动过程,这就是我的思路。
我也不清楚这里如何发图片,好像不能发附件。你能否发到我的email: pingwangmri@
gmail.com
或者告诉我你的email,我会发给你更多解释。。。

【在 d****n 的大作中提到】
: 不用谢,举手之劳。
: 你这个特殊情况是什么意思?上面的是一般情况? 你的delta_w是常数吗?是的话用
: Laplace变换把微分方程,转化为代数方程,然后用线性方程组的方法求解,再反变换
: 回去。这个就是你说的“笨”方法,因为实在比较常规。Laplace变换不会算不要紧,
: 查表就行了。
: 解的物理意义,你应该比较清楚吧。
: 还有,你是做什么研究的?我比较好奇。NMR?好像化学NMR也不教这些。
: 还有,mitbbs上发图片怎么发?如果我知道,我可以把解画个图,发上去你就能直接看
: 了。

c****8
发帖数: 626
17
我刚写了我的推导,但最终解中有一个常数不知如何确定。
我把我的推导照在一个照片上,但这里似乎无法发附件。如果你能告诉我你的email,
我可以发给你看看。
谢谢帮助!

【在 d****n 的大作中提到】
: 不用谢,举手之劳。
: 你这个特殊情况是什么意思?上面的是一般情况? 你的delta_w是常数吗?是的话用
: Laplace变换把微分方程,转化为代数方程,然后用线性方程组的方法求解,再反变换
: 回去。这个就是你说的“笨”方法,因为实在比较常规。Laplace变换不会算不要紧,
: 查表就行了。
: 解的物理意义,你应该比较清楚吧。
: 还有,你是做什么研究的?我比较好奇。NMR?好像化学NMR也不教这些。
: 还有,mitbbs上发图片怎么发?如果我知道,我可以把解画个图,发上去你就能直接看
: 了。

d****n
发帖数: 397
18
可能你已经做出来了。
简便方法就是,dR/dt = omega X R,
R=(x,y,z). 你的方程物理意义都挺明显的,所以可以用物理常识进动来求解。
omega = (w_1, 0, w_delta)
tan(alpha) = w_delta / w1
然后做一个坐标变换,(x,y,z) => (x', y', z').
x' = -z * cos(alpha) + x * sin(alpha)
y' = y
z' = z * sin(alpha) + x * cos(alpha)
在新坐标下, omega = (0,0,sqrt(w1^2 + w_delta^2))
z' = const_B
x' = A*sin(omega * t)
y' = A*cos(omega * t)
这个画个图,解A,B比较方便。
然后再算x,y,z

【在 c****8 的大作中提到】
: 我刚写了我的推导,但最终解中有一个常数不知如何确定。
: 我把我的推导照在一个照片上,但这里似乎无法发附件。如果你能告诉我你的email,
: 我可以发给你看看。
: 谢谢帮助!

1 (共1页)
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如何找通项公式[转载]侃侃计算数学 (微分方程数值解)
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常微分方程题!!!微分方程问题求解!!!
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请问此偏微分方程的解析解关于这个方程的一个问题
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