格林函數與基本解
邊界修正項(boundary corrector)
先從對點源的自由空間回應出發——也就是基本解。它在內部正確地解方程,但它對你區域的牆一無所知,所以在邊界上它的值是錯的。邊界修正項就是補丁:一個平滑、無源的場,你把它疊加上去,使整體恰好滿足邊界條件,又不擾動內部的點源。
把格林函數寫成 G(x, y) = E(x - y) + h(x, y)。這裡 E 是基本解,它本身已給出 L E = delta(點源)並攜帶所有奇異性。修正項 h(x, y) 被要求在內部是齊次解,L h = 0(對拉普拉斯算子,h 是調和的),這樣加上它就不會破壞 L G = delta。它的工作純粹在邊界上:選它使得在牆上,對狄利克雷條件有 h(x, y) = -E(x - y)(讓 G = 0),或對諾伊曼條件讓法向導數適當地抵消。所以修正項本身就是一個邊界值問題的解——一個齊次方程,邊界資料等於基本解邊界跡的負值。找出 h 就是建構格林函數的全部困難所在。
有兩點值得強調。修正項在基本解奇異的地方反而是平滑的:所有的發散都住在源點處的 E 裡,h 在那裡行為良好,這正是為什麼 h 又叫格林函數的正則部分。而鏡像法不過是把 h 寫出來的一個巧法:你不去解修正項的邊界值問題,而是在區域外放置虛構的鏡像源,讓它們合起來的自由空間場恰好在內部等於 h——但這個技巧只在對稱到足以容納鏡像的幾何裡才管用。
對一個靠近接地導體平面的點電荷,修正項就是一個對該平面鏡射的相反鏡像電荷的場。在半空間內部,鏡像場無源且調和,而在平面上它恰好抵消真電荷的位勢,給出 G = 0。
鏡像電荷就是邊界修正項的化身。
修正項解的是一個齊次邊界值問題,邊界資料是基本解的邊界跡——所以建構格林函數和解原始邊界值問題一樣難;鏡像法只是對稱定義域的一個僥倖捷徑。
又称
另见