Klein—Gordon 方程的新行波解

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  摘要 利用一种基于符号计算的代数方法,结合 Maple环境中的 Epsilon软件包,求解Klein-Gordon 方程,获得了若干其它方法不曾给出的形式更为丰富的新的显式行波解,其中包括孤波解、三角函数解、Jacobi椭圆函数周期解和Weierstrass椭圆函数周期解.本文用F-展开法求得Klein-Gordon 方程的新周期波解和孤波解.
  关键词 Klein-Gordon 方程;Jacobi椭圆函数周期解;三角函数解
  【分类号】:O175.29
  1. 引言
  非线性波方程被广泛的应用于物理、工程技术和数学的众多分支当中,如非线性光学、量子论、流体力学、弹性理论和凝聚态物理等.随着非线性科学的蓬勃发展.传统的求解非线性波方程的方法主要有逆散射法, Ba cklund法, Darboux变换法, Hirota双线性法[1], Painlevé 展开法等.近年来 ,结合计算机代数和符号计算,人们发展了许多求解非线性波方程的新方法,如双曲函数法[2],齐次平衡法[3], Jacobi椭圆函数展开法[4],包络变换法[5],ADM方法和利用分支理论直接积分的方法等.最近,一种新的基于符号计算的代数方法,与绝大多数方法相比,该方法不仅可用于构造各种行波解,包括孤波解、三角函数周期解、有理函数解、Jacobi和 Weierstrass椭圆函数周期解.
  2.Klein-Gordon 方程的新解
  为了求 Klein-Gordon 方程
  (1)
  的解,设
  , (2)
  把(2)代入(1),得
  , (3)
  设 为的函数:
  , (4)
  而 满足:
  . (5)
  把(4)和(5)代入(3)并整理,得
  (6)
  令的系数为零,得
  (7)
  (8)
  (9)
  解方程组(7)-(9),得
  ,为任意常数. (10)
  容易验证辅助方程(5)有如下解:
  (1)若,,时:
  (2)若,,时:
  得到Klein-Gordon 方程的Jacobi椭圆函数解为:
  其中.
  当时,可以得到Klein-Gordon 方程的双曲函数解:
  当时, 可以得到Klein-Gordon 方程的三角函数周期解:
  参考文献:
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