Problem 1.
对n>1 时,
则:
Proof.
我们用h(x) 来表示一维的 Heaviside 函数,则
同时,对于一维的Heaviside函数我们有
故
事实上,对∀φ∈C0∞(Rn),由 广义函数的微分运算,我们有:
∎
Problem 2.
设a(x)∈C∞(Ω),u∈D′(Ω),证明:
Proof.
对∀φ∈C0∞(Ω),由 广义函数的微分运算,我们有:
由广义函数的乘子运算,我们有:
由于a,φ∈C∞(Ω),故由微分法则可知:
故我们有:
我们将其带回最初式子有:
故由广义相等我们可知:
∎
Problem 3.
若广义函数u 适合uˇ=u(uˇ=−u),则称u 为偶(奇)广义函数。证明:
(1)δ(x) 与常值函数c 皆为偶广义函数。
(2) 偶广义函数之微商是奇广义函数。
(3) 任一广义函数u∈D′(Ω) 皆可唯一地分解为一个偶广义函数与一个奇广义函数之和如下:
- (4)u∈D′(Ω) 为偶广义函数当且仅当对任一奇的φ∈D(Ω) 均有⟨u,φ⟩=0。
Proof.
对∀φ∈C0∞(Ω):
(1) ① 我们有⟨δ,φ⟩=φ(0),⟨δˇ,φ⟩=⟨δ,φˇ⟩=φˇ(0)=φ(−0)=φ(0)=⟨δ,φ⟩⇒δ(x)=δˇ(x),即δ(x) 为偶广义函数;
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(2) 设u 为偶广义函数,满足u=uˇ,则:
故由广义相等我们可知:
即为奇广义函数。
- (3) 令u1=21(u+uˇ),u2=21(u−uˇ)。其中:u1ˇ=21(uˇ+u)=u1 是偶广义函数;u2ˇ=21(uˇ−u)=−u2 是奇广义函数。故:
下面我们来证明分解的 唯一性:若u=u1′+u2′,其中u1′ 是偶广义函数,u2′ 是奇广义函数,则uˇ=u1′−u2′。联立u=u1′+u2′ 与uˇ=u1′−u2′,解得u1′=21(u+uˇ),u2′=21(u−uˇ),故分解唯一。
- (4) (⇒) 若u 是偶广义函数,即uˇ=u。对任一奇的φ∈D(Ω),有φˇ=−φ。则⟨u,φ⟩=⟨uˇ,φ⟩=⟨u,φˇ⟩=⟨u,−φ⟩=−⟨u,φ⟩,故2⟨u,φ⟩=0,即⟨u,φ⟩=0。
(⇐) 若对任一奇的φ∈D(Ω),⟨u,φ⟩=0。令φ=φ1+φ2(其中φ1 是偶函数,φ2 是奇函数),则⟨u,φ⟩=⟨u,φ1⟩+⟨u,φ2⟩=⟨u,φ1⟩。同时⟨uˇ,φ⟩=⟨u,φˇ⟩=⟨u,φ1⟩,故⟨u−uˇ,φ⟩=0 对所有φ∈D(Ω) 成立,即u=uˇ,u 是偶广义函数。
∎
Problem 4.
证明:若f(x)=H(x)cosx,g(x)=H(x)sinx,则
因此g 与f 分别适合微分方程
Proof.
设
已知H′(x)=δ(x),(cosx)′=−sinx,故f′(x)=δ(x)cos0−H(x)sinx=δ(x)−g(x)。
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可得g′(x)=H′(x)sinx+H(x)(sinx)′=δ(x)sin0+H(x)cosx=f(x)。
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∎
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