分布與廣義函數
分布解(distributional solution)
偏微分方程的許多自然解,平滑度不足以用一般方式代入方程——一道震波前緣、密度的跳躍、一個點源。分布解是一種辦法:即使某物的古典導數並不存在,也能宣告它是解,做法是要求它以「平均、對探針積分」的意義、而非逐點地滿足方程。正是它讓那些粗糙卻物理上真實的解得以算數。
其要領是把方程中所有的導數都解讀為分布導數。取一個偏微分方程 L u = f。古典解使 L u 在每一點都等於 f。分布解則要求分布 L u 等於分布 f,依分布導數的定義,這意味著對每個試驗函數 phi 都有 (u, L 的伴隨 phi) = (f, phi)——每個導數都已透過分部積分挪到平滑探針上,那裡它總是存在。所以 u 本身只需是一個分布;微分的重擔已完全轉嫁到 phi 上。若 u 恰好平滑,反向分部積分顯示它也是古典解,所以在平滑解上毫無損失。
分布解之所以重要,是因為對困難的情形而言,它是自然的、且往往是唯一合理的概念。守恆律中的震波、基本解本身(它以分布意義求解 L E = delta),以及邊界值問題的弱解全都住在這裡。誠實的警示是:分布解不一定唯一。對非線性守恆律,許多弱解可以符合同一組資料,需要一個額外的熵條件來挑出物理的那一個。
伯格斯方程 u_t + u u_x = 0 會發展出一道震波——u 中一個移動的跳躍——在那裡古典導數並不存在。這個跳躍仍是分布解:只要跳躍以朗肯-雨貢尼奧條件所給的速度移動,它對每個探針檢驗都滿足方程。
一個古典解無法描述的跳躍,仍以分布意義求解該方程。
分布解不會自動就是對的那一個:對非線性方程,無限多個弱解可以滿足同一組資料,必須加上一個熵條件才能恢復唯一性、挑出物理解。
又称
另见