Greiner 经典力学(多体系统和哈密顿力学) 第十章 学习笔记

devtools/2024/10/23 22:47:55/

第十章 学习笔记 (The Virbrating Membrane)

这一章研究的是一个薄膜的振动问题。基本假设条件与上一章类似。

  1. 首先是振动幅度很小。

  2. 薄膜的张力 T 认为是恒定的。

类似弦振动问题推导,将其推广到二维平面上,就可以得到膜的振动方程。

T σ ( ∂ 2 u ∂ x 2 + ∂ 2 u ∂ y 2 ) = ∂ 2 u ∂ t 2 Δ u − 1 c 2 ∂ 2 u ∂ t 2 = 0 \frac{T}{\sigma}(\frac{\partial^2 u}{\partial x^2} + \frac{\partial^2 u}{\partial y^2}) = \frac{\partial^2 u}{\partial t^2} \\ \Delta u - \frac{1}{c^2} \frac{\partial^2 u}{\partial t^2} = 0 σT(x22u+y22u)=t22uΔuc21t22u=0

如果这个膜是方形的,那么在直角坐标系下很容易用分离变量法求解。这里只介绍圆形的膜。

The circular membrane

膜是圆形的,用极坐标会更方便。也就是 u = ψ ( r , φ , t ) u = \psi(r, \varphi,t) u=ψ(r,φ,t)。 那么遇到的第一个问题就是要先写出 Laplace 方程在极坐标系下的表达式。极坐标和直角坐标之间的关系还是比较简单的。
{ x = r cos ⁡ ( φ ) y = r sin ⁡ ( φ ) { r = x 2 + y 2 φ = arctan ⁡ ( y / x ) \left\{ \begin{aligned} x &= r \cos(\varphi) \\ y &= r \sin(\varphi) \end{aligned} \right. \\ \left\{ \begin{aligned} r &= \sqrt{x^2 + y^2}\\ \varphi &= \arctan(y/x) \end{aligned} \right. {xy=rcos(φ)=rsin(φ){rφ=x2+y2 =arctan(y/x)
我们可以先求 r r r x x x y y y 的偏导数。这两个相对简单。
∂ r ∂ x = x r = cos ⁡ φ ∂ r ∂ y = y r = sin ⁡ φ \frac{\partial r}{\partial x} = \frac{x}{r} = \cos \varphi \\ \frac{\partial r}{\partial y} = \frac{y}{r} = \sin \varphi \\ xr=rx=cosφyr=ry=sinφ
然后再求 φ \varphi φ x x x y y y 的偏导数。
∂ φ ∂ x = − y x 2 + y 2 = − r sin ⁡ φ r 2 = − sin ⁡ φ r ∂ φ ∂ y = x x 2 + y 2 = r cos ⁡ φ r 2 = cos ⁡ φ r \begin{aligned} \frac{\partial \varphi}{\partial x} &= -\frac{y}{x^2+y^2} =-\frac{r \sin \varphi}{r^2} = -\frac{\sin \varphi}{r}\\ \frac{\partial \varphi}{\partial y} &= \frac{x}{x^2+y^2} =\frac{r \cos \varphi}{r^2} = \frac{\cos \varphi}{r}\\ \end{aligned} xφyφ=x2+y2y=r2rsinφ=rsinφ=x2+y2x=r2rcosφ=rcosφ
当然也可以按照书上的推导方法:
tan ⁡ ( φ ) = y x ∂ tan ⁡ φ ∂ x = 1 cos ⁡ 2 φ ∂ φ ∂ x = − y x 2 = − r sin ⁡ φ r 2 cos ⁡ 2 φ = − sin ⁡ φ r cos ⁡ 2 φ ∂ tan ⁡ φ ∂ y = 1 cos ⁡ 2 φ ∂ φ ∂ y = 1 x = 1 r cos ⁡ φ \tan(\varphi) = \frac{y}{x} \\ \frac{\partial \tan \varphi}{\partial x} = \frac{1}{\cos^2 \varphi} \frac{\partial \varphi}{\partial x}= - \frac{y}{x^2} = -\frac{r \sin \varphi}{r^2 \cos^2 \varphi} = -\frac{\sin \varphi}{r \cos^2 \varphi}\\ \frac{\partial \tan \varphi}{\partial y} = \frac{1}{\cos^2 \varphi} \frac{\partial \varphi}{\partial y}= \frac{1}{x} = \frac{1}{r \cos \varphi} \\ tan(φ)=xyxtanφ=cos2φ1xφ=x2y=r2cos2φrsinφ=rcos2φsinφytanφ=cos2φ1yφ=x1=rcosφ1
整理一下就得到:
∂ φ ∂ x = − sin ⁡ φ r ∂ φ ∂ y = cos ⁡ φ r \frac{\partial\varphi}{\partial x} = -\frac{\sin \varphi}{r} \\ \frac{\partial\varphi}{\partial y} = \frac{\cos \varphi}{r} xφ=rsinφyφ=rcosφ
可以看到,两种方法得到的结果是一致的。下面利用求偏导的链式法则。
∂ ∂ x = ∂ ∂ r ∂ r ∂ x + ∂ ∂ φ ∂ φ ∂ x = cos ⁡ φ ∂ ∂ r − sin ⁡ φ r ∂ ∂ φ \begin{aligned} \frac{\partial}{\partial x} &= \frac{\partial}{\partial r} \frac{\partial r}{\partial x} + \frac{\partial}{\partial \varphi} \frac{\partial \varphi}{\partial x} \\ &= \cos \varphi \frac{\partial}{\partial r} -\frac{\sin \varphi}{r} \frac{\partial}{\partial \varphi} \\ \end{aligned} x=rxr+φxφ=cosφrrsinφφ
再求一次导可以得到二阶导数的结果。
∂ 2 ∂ x 2 = ∂ ∂ x ( ∂ ∂ r ∂ r ∂ x + ∂ ∂ φ ∂ φ ∂ x ) = ( cos ⁡ φ ∂ ∂ r − sin ⁡ φ r ∂ ∂ φ ) ( cos ⁡ φ ∂ ∂ r − sin ⁡ φ r ∂ ∂ φ ) = cos ⁡ 2 φ ∂ 2 ∂ r 2 + ( cos ⁡ φ sin ⁡ φ r 2 ∂ ∂ φ − cos ⁡ φ sin ⁡ φ r ∂ ∂ r ∂ ∂ φ ) + ( sin ⁡ 2 φ r 2 ∂ 2 ∂ φ 2 + sin ⁡ φ cos ⁡ φ r 2 ∂ ∂ φ ) + ( sin ⁡ 2 φ r ∂ ∂ r − sin ⁡ φ cos ⁡ φ r ∂ ∂ r ∂ ∂ φ ) = cos ⁡ 2 φ ∂ 2 ∂ r 2 + sin ⁡ 2 φ r 2 ( ∂ 2 ∂ φ 2 + r ∂ ∂ r ) + 2 cos ⁡ φ sin ⁡ φ r 2 ( ∂ ∂ φ − r ∂ ∂ r ∂ ∂ φ ) \begin{aligned} \frac{\partial^2}{\partial x^2} &= \frac{\partial}{\partial x}(\frac{\partial}{\partial r} \frac{\partial r}{\partial x} + \frac{\partial}{\partial \varphi} \frac{\partial \varphi}{\partial x}) \\ &= (\cos \varphi \frac{\partial}{\partial r} -\frac{\sin \varphi}{r} \frac{\partial}{\partial \varphi})(\cos \varphi \frac{\partial}{\partial r} -\frac{\sin \varphi}{r} \frac{\partial}{\partial \varphi})\\ &= \cos^2 \varphi \frac{\partial^2}{\partial r^2}+(\frac{\cos \varphi \sin \varphi}{r^2} \frac{\partial}{\partial \varphi} - \frac{\cos \varphi \sin \varphi}{r} \frac{\partial}{\partial r}\frac{\partial}{\partial \varphi})+ (\frac{\sin^2 \varphi}{r^2} \frac{\partial^2}{\partial \varphi^2} + \frac{\sin \varphi \cos \varphi}{r^2} \frac{\partial }{\partial \varphi})+ (\frac{\sin^2 \varphi}{r} \frac{\partial}{\partial r} - \frac{\sin \varphi \cos \varphi}{r} \frac{\partial}{\partial r}\frac{\partial}{\partial \varphi}) \\ &=\cos^2 \varphi \frac{\partial^2}{\partial r^2} + \frac{\sin^2 \varphi}{r^2}(\frac{\partial^2}{\partial \varphi^2} + r \frac{\partial}{\partial r}) + \frac{2\cos \varphi \sin \varphi}{r^2} (\frac{\partial}{\partial \varphi} - r \frac{\partial}{\partial r}\frac{\partial}{\partial \varphi} ) \end{aligned} x22=x(rxr+φxφ)=(cosφrrsinφφ)(cosφrrsinφφ)=cos2φr22+(r2cosφsinφφrcosφsinφrφ)+(r2sin2φφ22+r2sinφcosφφ)+(rsin2φrrsinφcosφrφ)=cos2φr22+r2sin2φ(φ22+rr)+r22cosφsinφ(φrrφ)

同理,对 y y y 求一次导可以得到:
∂ ∂ y = ∂ ∂ r ∂ r ∂ y + ∂ ∂ φ ∂ φ ∂ y = sin ⁡ φ ∂ ∂ r + cos ⁡ φ r ∂ ∂ φ \frac{\partial}{\partial y} = \frac{\partial}{\partial r} \frac{\partial r}{\partial y} + \frac{\partial}{\partial \varphi} \frac{\partial \varphi}{\partial y} =\sin{\varphi} \frac{\partial}{\partial r} + \frac{\cos \varphi}{r}\frac{\partial }{\partial \varphi} \\ y=ryr+φyφ=sinφr+rcosφφ
再求一次导得到:
∂ 2 ∂ y 2 = ( sin ⁡ φ ∂ ∂ r + cos ⁡ φ r ∂ ∂ φ ) ( sin ⁡ φ ∂ ∂ r + cos ⁡ φ r ∂ ∂ φ ) = sin ⁡ 2 φ ∂ 2 ∂ r 2 + ( − sin ⁡ φ cos ⁡ φ r 2 ∂ ∂ φ + sin ⁡ φ cos ⁡ φ r ∂ ∂ r ∂ ∂ φ ) + ( cos ⁡ 2 φ r ∂ ∂ r + sin ⁡ φ cos ⁡ φ r ∂ ∂ r ∂ ∂ φ ) + ( − sin ⁡ φ cos ⁡ φ r 2 ∂ ∂ φ + cos ⁡ 2 φ r 2 ∂ 2 ∂ φ 2 ) = sin ⁡ 2 φ ∂ 2 ∂ r 2 + 2 sin ⁡ φ cos ⁡ φ r 2 ( − ∂ ∂ φ + r ∂ ∂ r ∂ ∂ φ ) + cos ⁡ 2 φ r 2 ( r ∂ ∂ r + ∂ 2 ∂ φ 2 ) \begin{aligned} \frac{\partial^2}{\partial y^2} &= (\sin{\varphi} \frac{\partial}{\partial r} + \frac{\cos \varphi}{r}\frac{\partial }{\partial \varphi})(\sin{\varphi} \frac{\partial}{\partial r} + \frac{\cos \varphi}{r}\frac{\partial }{\partial \varphi}) \\ &= \sin^2 \varphi \frac{\partial^2}{\partial r^2} + (-\frac{\sin \varphi \cos \varphi}{r^2} \frac{\partial}{\partial \varphi} + \frac{\sin \varphi \cos \varphi}{r} \frac{\partial}{\partial r}\frac{\partial}{\partial \varphi}) + (\frac{\cos^2 \varphi}{r} \frac{\partial}{\partial r} + \frac{\sin \varphi \cos \varphi}{r} \frac{\partial}{\partial r}\frac{\partial}{\partial \varphi}) + (-\frac{\sin \varphi \cos \varphi}{r^2}\frac{\partial}{\partial \varphi} + \frac{\cos^2 \varphi}{r^2} \frac{\partial^2}{\partial \varphi^2}) \\ &= \sin^2 \varphi \frac{\partial^2}{\partial r^2} + \frac{2 \sin \varphi \cos \varphi}{r^2}(-\frac{\partial}{\partial \varphi}+r \frac{\partial}{\partial r}\frac{\partial}{\partial \varphi}) + \frac{\cos^2 \varphi}{r^2} (r\frac{\partial}{\partial r} + \frac{\partial^2}{\partial \varphi^2}) \end{aligned} y22=(sinφr+rcosφφ)(sinφr+rcosφφ)=sin2φr22+(r2sinφcosφφ+rsinφcosφrφ)+(rcos2φr+rsinφcosφrφ)+(r2sinφcosφφ+r2cos2φφ22)=sin2φr22+r22sinφcosφ(φ+rrφ)+r2cos2φ(rr+φ22)

将这两部分加起来,可以得到:
∂ 2 ∂ x 2 + ∂ 2 ∂ y 2 = cos ⁡ 2 φ ∂ 2 ∂ r 2 + sin ⁡ 2 φ r 2 ( ∂ 2 ∂ φ 2 + r ∂ ∂ r ) + 2 cos ⁡ φ sin ⁡ φ r 2 ( ∂ ∂ φ − r ∂ ∂ r ∂ ∂ φ ) + sin ⁡ 2 φ ∂ 2 ∂ r 2 + 2 sin ⁡ φ cos ⁡ φ r 2 ( − ∂ ∂ φ + r ∂ ∂ r ∂ ∂ φ ) + cos ⁡ 2 φ r 2 ( r ∂ ∂ r + ∂ 2 ∂ φ 2 ) = ∂ 2 ∂ r 2 + 1 r 2 ( ∂ 2 ∂ φ 2 + r ∂ ∂ r ) = ∂ 2 ∂ r 2 + 1 r 2 ∂ 2 ∂ φ 2 + 1 r ∂ ∂ r \begin{aligned} \frac{\partial^2}{\partial x^2} + \frac{\partial^2}{\partial y^2} &= \cos^2 \varphi \frac{\partial^2}{\partial r^2} + \frac{\sin^2 \varphi}{r^2}(\frac{\partial^2}{\partial \varphi^2} + r \frac{\partial}{\partial r}) + \frac{2\cos \varphi \sin \varphi}{r^2} (\frac{\partial}{\partial \varphi} - r \frac{\partial}{\partial r}\frac{\partial}{\partial \varphi} ) \\ &+ \sin^2 \varphi \frac{\partial^2}{\partial r^2} + \frac{2 \sin \varphi \cos \varphi}{r^2}(-\frac{\partial}{\partial \varphi}+r \frac{\partial}{\partial r}\frac{\partial}{\partial \varphi}) + \frac{\cos^2 \varphi}{r^2} (r\frac{\partial}{\partial r} + \frac{\partial^2}{\partial \varphi^2}) \\ &= \frac{\partial^2}{\partial r^2} + \frac{1}{r^2}(\frac{\partial^2}{\partial \varphi^2} + r \frac{\partial}{\partial r}) \\ &= \frac{\partial^2}{\partial r^2} + \frac{1}{r^2}\frac{\partial^2}{\partial \varphi^2} + \frac{1}{r} \frac{\partial}{\partial r} \end{aligned} x22+y22=cos2φr22+r2sin2φ(φ22+rr)+r22cosφsinφ(φrrφ)+sin2φr22+r22sinφcosφ(φ+rrφ)+r2cos2φ(rr+φ22)=r22+r21(φ22+rr)=r22+r21φ22+r1r

至此,柱坐标系下的 Laplace 算子的表达式就推导出来了。因此,波动方程可以写为:
∂ 2 u ∂ r 2 + 1 r 2 ∂ 2 u ∂ φ 2 + 1 r ∂ u ∂ r = 1 c 2 ∂ 2 u ∂ t 2 \frac{\partial^2 u}{\partial r^2} + \frac{1}{r^2}\frac{\partial^2 u}{\partial \varphi^2} + \frac{1}{r} \frac{\partial u}{\partial r} = \frac{1}{c^2} \frac{\partial ^2 u}{\partial t^2} r22u+r21φ22u+r1ru=c21t22u
下面用分离变量法来求解,首先 u ( r , φ , t ) = V ( r , φ ) Z ( t ) u(r, \varphi, t) = V(r, \varphi) Z(t) u(r,φ,t)=V(r,φ)Z(t)。带入 Laplace 方程,简单整理一下。
∂ 2 ( V ( r , φ ) Z ( t ) ) ∂ r 2 + 1 r 2 ∂ 2 ( V ( r , φ ) Z ( t ) ) ∂ φ 2 + 1 r ∂ ( V ( r , φ ) Z ( t ) ) ∂ r = 1 c 2 ∂ 2 ( V ( r , φ ) Z ( t ) ) ∂ t 2 Z ( t ) ∂ 2 V ( r , φ ) ∂ r 2 + Z ( t ) 1 r 2 ∂ 2 V ( r , φ ) ∂ φ 2 + Z ( t ) 1 r ∂ V ( r , φ ) ∂ r = V ( r , φ ) 1 c 2 d 2 Z ( t ) d t 2 1 V ( r , φ ) ( ∂ 2 V ( r , φ ) ∂ r 2 + 1 r 2 ∂ 2 V ( r , φ ) ∂ φ 2 + 1 r ∂ V ( r , φ ) ∂ r ) = 1 Z ( t ) 1 c 2 d 2 Z ( t ) d t 2 \frac{\partial^2 (V(r, \varphi) Z(t))}{\partial r^2}+\frac{1}{r^2} \frac{\partial^2 (V(r, \varphi) Z(t))}{\partial \varphi^2} + \frac{1}{r} \frac{\partial (V(r, \varphi) Z(t))}{\partial r} = \frac{1}{c^2} \frac{\partial^2 (V(r, \varphi) Z(t))}{\partial t^2}\\ Z(t)\frac{\partial^2 V(r, \varphi)}{\partial r^2}+ Z(t)\frac{1}{r^2} \frac{\partial^2 V(r, \varphi) }{\partial \varphi^2} +Z(t) \frac{1}{r} \frac{\partial V(r, \varphi)}{\partial r} = V(r, \varphi) \frac{1}{c^2} \frac{d^2 Z(t)}{d t^2}\\ \frac{1}{V(r, \varphi) } \left(\frac{\partial^2 V(r, \varphi)}{\partial r^2}+ \frac{1}{r^2} \frac{\partial^2 V(r, \varphi)}{\partial \varphi^2} +\frac{1}{r} \frac{\partial V(r, \varphi)}{\partial r} \right) = \frac{1}{Z(t) } \frac{1}{c^2} \frac{d^2 Z(t)}{d t^2}\\ r22(V(r,φ)Z(t))+r21φ22(V(r,φ)Z(t))+r1r(V(r,φ)Z(t))=c21t22(V(r,φ)Z(t))Z(t)r22V(r,φ)+Z(t)r21φ22V(r,φ)+Z(t)r1rV(r,φ)=V(r,φ)c21dt2d2Z(t)V(r,φ)1(r22V(r,φ)+r21φ22V(r,φ)+r1rV(r,φ))=Z(t)1c21dt2d2Z(t)
可以看到等号左边是 r r r φ \varphi φ 的函数,右边是 t t t 的函数。如果两边相等,那么等式两边只能是常数。
1 Z ( t ) 1 c 2 d 2 Z ( t ) d t 2 = − k 2 Z ¨ ( t ) + c 2 k 2 Z ( t ) = 0 Z ¨ ( t ) + ω 2 Z ( t ) = 0 \frac{1}{Z(t) } \frac{1}{c^2} \frac{d^2 Z(t)}{d t^2} = -k^2 \\ \ddot Z(t) + c^2k^2 Z(t) = 0 \\ \ddot Z(t) + \omega^2 Z(t) = 0 \\ Z(t)1c21dt2d2Z(t)=k2Z¨(t)+c2k2Z(t)=0Z¨(t)+ω2Z(t)=0
上面式子里 ω = c k \omega = c \ k ω=c k。这个就是简单的振动方程,大家都知道解是 Z ( t ) = C cos ⁡ ( ω t + δ ) Z(t) = C \cos(\omega t + \delta) Z(t)=Ccos(ωt+δ)

这里需要解释一下,上面为什么认为常数是个负数 − k 2 -k^2 k2。如果常数是正数,我们也可以试着解一下。
1 Z ( t ) 1 c 2 d 2 Z ( t ) d t 2 = k 2 Z ¨ ( t ) − c 2 k 2 Z ( t ) = 0 \frac{1}{Z(t) } \frac{1}{c^2} \frac{d^2 Z(t)}{d t^2} = k^2 \\ \ddot Z(t) - c^2k^2 Z(t) = 0 \\ Z(t)1c21dt2d2Z(t)=k2Z¨(t)c2k2Z(t)=0
这个解大家也都熟悉 Z ( t ) = C exp ⁡ ( ± c k t ) Z(t) = C \exp(\pm ck\ t) Z(t)=Cexp(±ck t)。从数学上来说,这个解完全正确,但是从物理含义来说,这个解不是振荡解,无法描述膜的振动。所以这个解需要被抛弃。这就是为什么常数要选择负数的原因。

下面再看等式左边,还可以接着分离变量 V ( r , φ ) = R ( r ) Φ ( φ ) V(r,\varphi) = R(r) \Phi (\varphi) V(r,φ)=R(r)Φ(φ)
1 V ( r , φ ) ( ∂ 2 V ( r , φ ) ∂ r 2 + 1 r 2 ∂ 2 V ( r , φ ) ∂ φ 2 + 1 r ∂ V ( r , φ ) ∂ r ) = − k 2 1 R ( r ) Φ ( φ ) ( ∂ 2 ( R ( r ) Φ ( φ ) ) ∂ r 2 + 1 r 2 ∂ 2 ( R ( r ) Φ ( φ ) ) ∂ φ 2 + 1 r ∂ ( R ( r ) Φ ( φ ) ) ∂ r ) = − k 2 1 R ( r ) Φ ( φ ) ( Φ ( φ ) d 2 R ( r ) d r 2 + 1 r 2 R ( r ) d 2 Φ ( φ ) d φ 2 + Φ ( φ ) 1 r d R ( r ) d r ) = − k 2 1 R ( r ) d 2 R ( r ) d r 2 + 1 Φ ( φ ) 1 r 2 d 2 Φ ( φ ) d φ 2 + 1 R ( r ) 1 r d R ( r ) d r = − k 2 1 R ( r ) ( d 2 R ( r ) d r 2 + 1 r d R ( r ) d r ) + 1 Φ ( φ ) 1 r 2 d 2 Φ ( φ ) d φ 2 + k 2 = 0 1 R ( r ) ( r 2 d 2 R ( r ) d r 2 + r d R ( r ) d r ) + r 2 k 2 + 1 Φ ( φ ) d 2 Φ ( φ ) d φ 2 = 0 \frac{1}{V(r, \varphi) } \left(\frac{\partial^2 V(r, \varphi)}{\partial r^2}+ \frac{1}{r^2} \frac{\partial^2 V(r, \varphi)}{\partial \varphi^2} +\frac{1}{r} \frac{\partial V(r, \varphi)}{\partial r} \right) = -k^2 \\ \frac{1}{R(r)\Phi(\varphi) } \left(\frac{\partial^2 (R(r)\Phi(\varphi))}{\partial r^2}+ \frac{1}{r^2} \frac{\partial^2 (R(r)\Phi(\varphi))}{\partial \varphi^2} +\frac{1}{r} \frac{\partial (R(r)\Phi(\varphi))}{\partial r} \right) = -k^2 \\ \frac{1}{R(r)\Phi(\varphi) } \left(\Phi(\varphi) \frac{d^2 R(r)}{d r^2}+ \frac{1}{r^2} R(r)\frac{d^2 \Phi(\varphi)}{d \varphi^2} +\Phi(\varphi)\frac{1}{r} \frac{d R(r)}{d r} \right) = -k^2 \\ \frac{1}{R(r)} \frac{d^2 R(r)}{d r^2}+ \frac{1}{\Phi(\varphi)}\frac{1}{ r^2} \frac{d^2 \Phi(\varphi)}{d \varphi^2} +\frac{1}{R(r)}\frac{1}{r} \frac{d R(r)}{d r} = -k^2 \\ \frac{1}{R(r)} \left(\frac{d^2 R(r)}{d r^2}+\frac{1}{r} \frac{d R(r)}{d r} \right)+\frac{1}{\Phi(\varphi)}\frac{1}{ r^2} \frac{d^2 \Phi(\varphi)}{d \varphi^2}+k^2 = 0\\ \frac{1}{R(r)} \left(r^2\frac{d^2 R(r)}{d r^2}+r \frac{d R(r)}{d r} \right)+r^2 k^2+\frac{1}{\Phi(\varphi)} \frac{d^2 \Phi(\varphi)}{d \varphi^2} = 0 V(r,φ)1(r22V(r,φ)+r21φ22V(r,φ)+r1rV(r,φ))=k2R(r)Φ(φ)1(r22(R(r)Φ(φ))+r21φ22(R(r)Φ(φ))+r1r(R(r)Φ(φ)))=k2R(r)Φ(φ)1(Φ(φ)dr2d2R(r)+r21R(r)dφ2d2Φ(φ)+Φ(φ)r1drdR(r))=k2R(r)1dr2d2R(r)+Φ(φ)1r21dφ2d2Φ(φ)+R(r)1r1drdR(r)=k2R(r)1(dr2d2R(r)+r1drdR(r))+Φ(φ)1r21dφ2d2Φ(φ)+k2=0R(r)1(r2dr2d2R(r)+rdrdR(r))+r2k2+Φ(φ)1dφ2d2Φ(φ)=0
整理得到的这个式子前两项是 r r r 的函数,最后一项是 φ \varphi φ 的函数。所以可以拆分为两个部分。
1 R ( r ) ( r 2 d 2 R ( r ) d r 2 + r d R ( r ) d r ) + r 2 k 2 = σ 1 Φ ( φ ) d 2 Φ ( φ ) d φ 2 = − σ \frac{1}{R(r)} \left(r^2\frac{d^2 R(r)}{d r^2}+r \frac{d R(r)}{d r} \right)+r^2 k^2 = \sigma \\ \frac{1}{\Phi(\varphi)} \frac{d^2 \Phi(\varphi)}{d \varphi^2} = - \sigma R(r)1(r2dr2d2R(r)+rdrdR(r))+r2k2=σΦ(φ)1dφ2d2Φ(φ)=σ
先搞简单的,上面两个式子第二个比第一个简单。
d 2 Φ ( φ ) d φ 2 + σ Φ ( φ ) = 0 \frac{d^2 \Phi(\varphi)}{d \varphi^2} + \sigma \ \Phi(\varphi) = 0 dφ2d2Φ(φ)+σ Φ(φ)=0
我们知道 Φ ( φ ) \Phi(\varphi) Φ(φ) 是周期函数,周期是 2 π 2 \pi 2π。所以 σ \sigma σ 一定是非负数, Φ ( φ ) = C 1 cos ⁡ ( σ φ + ψ ) \Phi(\varphi) = C_1 \cos(\sqrt \sigma \varphi + \psi) Φ(φ)=C1cos(σ φ+ψ)。为了周期是 2 π 2 \pi 2π σ = m 2 \sigma = m^2 σ=m2。这里 m m m 也是非负整数。
Φ ( φ ) = C m cos ⁡ ( m φ + ψ ) \Phi(\varphi) = C_m \cos(m \varphi + \psi) Φ(φ)=Cmcos(mφ+ψ)
还剩下最后一部分,也是最难的一部分。
1 R ( r ) ( r 2 d 2 R ( r ) d r 2 + r d R ( r ) d r ) + r 2 k 2 = m 2 ( r 2 d 2 R ( r ) d r 2 + r d R ( r ) d r ) + R ( r ) ( r 2 k 2 − m 2 ) = 0 ( d 2 R ( r ) d r 2 + 1 r d R ( r ) d r ) + ( k 2 − m 2 r 2 ) R ( r ) = 0 \frac{1}{R(r)} \left(r^2\frac{d^2 R(r)}{d r^2}+r \frac{d R(r)}{d r} \right)+r^2 k^2 = m^2 \\ \left(r^2\frac{d^2 R(r)}{d r^2}+r \frac{d R(r)}{d r} \right)+R(r)(r^2 k^2 - m^2) = 0 \\ \left(\frac{d^2 R(r)}{d r^2}+ \frac{1}{r}\frac{d R(r)}{d r} \right)+(k^2 - \frac{m^2}{r^2}) R(r)= 0 R(r)1(r2dr2d2R(r)+rdrdR(r))+r2k2=m2(r2dr2d2R(r)+rdrdR(r))+R(r)(r2k2m2)=0(dr2d2R(r)+r1drdR(r))+(k2r2m2)R(r)=0
下面要把 k k k 消掉,做个变量替换 z = k r , d z = k d r z = k\ r, dz = k\ dr z=k r,dz=k dr。说实话,这个变量替换我是没法一眼看出来的。要是我估计是各种替换都试试,运气好就能凑出结果来。
g ( z ) = R ( z k ) R ( r ) = g ( k r ) d R ( r ) d r = d g ( k r ) d r = k d g ( z ) d z d 2 R ( r ) d r 2 = d 2 g ( k r ) d 2 r = k 2 d 2 g ( z ) d z 2 g(z) = R\left(\frac{z}{k}\right) \\ R(r) = g(kr) \\ \frac{dR(r)}{dr} = \frac{d\ g(kr) }{dr} = k \frac{d g(z)}{dz} \\ \frac{d^2R(r)}{dr^2} = \frac{d^2\ g(kr) }{d^2r} = k^2 \frac{d^2 g(z)}{dz^2} g(z)=R(kz)R(r)=g(kr)drdR(r)=drd g(kr)=kdzdg(z)dr2d2R(r)=d2rd2 g(kr)=k2dz2d2g(z)
将上面推导的关系式带入方程。
( d 2 R ( r ) d r 2 + 1 r d R ( r ) d r ) + ( k 2 − m 2 r 2 ) R ( r ) = 0 ( k 2 d 2 g ( z ) d z 2 + k 2 z d g ( z ) d z ) + ( k 2 − k 2 m 2 z 2 ) g ( z ) = 0 ( d 2 g ( z ) d z 2 + 1 z d g ( z ) d z ) + ( 1 − m 2 z 2 ) g ( z ) = 0 \left(\frac{d^2 R(r)}{d r^2}+ \frac{1}{r}\frac{d R(r)}{d r} \right)+(k^2 - \frac{m^2}{r^2}) R(r)= 0 \\ \left(k^2\frac{d^2 g(z)}{d z^2}+ \frac{k^2}{z}\frac{d g(z)}{d z} \right)+(k^2 - \frac{k^2m^2}{z^2}) g(z)= 0 \\ \left(\frac{d^2 g(z)}{d z^2}+ \frac{1}{z}\frac{d g(z)}{d z} \right)+(1 - \frac{m^2}{z^2}) g(z)= 0 (dr2d2R(r)+r1drdR(r))+(k2r2m2)R(r)=0(k2dz2d2g(z)+zk2dzdg(z))+(k2z2k2m2)g(z)=0(dz2d2g(z)+z1dzdg(z))+(1z2m2)g(z)=0
可以看到确实将 k k k 消掉了。得到的这个方程称为 Bessel 方程, m m m 为方程的阶。因为我们这里 m m m 是整数,所以这个方程是Bessel 方程的一个特殊形式,称为整数阶 Bessel 方程。这个方程的结果为 Bessel 函数。Bessel 函数是用幂级数表示的。
g ( z ) = z μ ( ∑ n = 0 ∞ a n z n ) g(z) = z^\mu \left( \sum_{n=0}^{\infin} a_n z^n \right) g(z)=zμ(n=0anzn)
我们首先考察在原点附近函数的特性。这时 g ( z ) ≈ z μ g(z) \approx z^\mu g(z)zμ。为了防止函数在原点是发散的, μ ≥ 0 \mu \geq 0 μ0

g ( z ) = z μ g(z) = z^\mu g(z)=zμ 带入Bessel函数。
μ ( μ − 1 ) z μ − 2 + μ z μ − 2 + ( 1 − m 2 z 2 ) z μ = 0 μ 2 z μ − 2 + z μ − m 2 z μ − 2 = 0 μ 2 − m 2 + z 2 = 0 \mu (\mu -1) z^{\mu-2} + \mu z^{\mu-2} + (1 - \frac{m^2}{z^2}) z^\mu = 0\\ \mu^2 z^{\mu-2} + z^\mu - m^2 z^{\mu-2} = 0 \\ \mu^2 - m^2 + z^2 = 0 μ(μ1)zμ2+μzμ2+(1z2m2)zμ=0μ2zμ2+zμm2zμ2=0μ2m2+z2=0
z = 0 z= 0 z=0 处,只有 μ = m \mu = m μ=m 才能使上面的等式成立。所以:
g ( z ) = z m ( ∑ n = 0 ∞ a n z n ) = ∑ n = 0 ∞ a n z n + m d g ( z ) d z = ∑ n = 0 a n ( n + m ) z n + m − 1 d 2 g ( z ) d z 2 = ∑ n = 0 a n ( n + m ) ( n + m − 1 ) z n + m − 2 g(z) = z^m \left( \sum_{n=0}^{\infin} a_n z^n \right) = \sum_{n=0}^{\infin} a_n z^{n+m} \\ \frac{dg(z)}{dz} = \sum_{n=0} a_n (n+m)z^{n+m-1}\\ \frac{d^2g(z)}{dz^2} = \sum_{n=0} a_n (n+m)(n+m-1)z^{n+m-2}\\ g(z)=zm(n=0anzn)=n=0anzn+mdzdg(z)=n=0an(n+m)zn+m1dz2d2g(z)=n=0an(n+m)(n+m1)zn+m2
下面的工作就全是体力活了。
( d 2 g ( z ) d z 2 + 1 z d g ( z ) d z ) + ( 1 − m 2 z 2 ) g ( z ) = 0 ∑ n = 0 ∞ a n ( n + m ) ( n + m − 1 ) z n + m − 2 + 1 z ∑ n = 0 ∞ a n ( n + m ) z n + m − 1 + ( 1 − m 2 z 2 ) ∑ n = 0 ∞ a n z n + m = 0 ∑ n = 0 ∞ a n ( n + m ) ( n + m − 1 ) z n + m − 2 + ∑ n = 0 ∞ a n ( n + m ) z n + m − 2 + ∑ n = 0 ∞ a n z n + m − m 2 ∑ n = 0 ∞ a n z n + m − 2 = 0 ∑ n = 0 ∞ a n ( n 2 + 2 m n ) z n + m − 2 + ∑ n = 0 ∞ a n z n + m = 0 \left(\frac{d^2 g(z)}{d z^2}+ \frac{1}{z}\frac{d g(z)}{d z} \right)+(1 - \frac{m^2}{z^2}) g(z)= 0 \\ \sum_{n=0}^{\infin} a_n (n+m)(n+m-1)z^{n+m-2} + \frac{1}{z} \sum_{n=0}^{\infin} a_n (n+m)z^{n+m-1}+(1 - \frac{m^2}{z^2})\sum_{n=0}^{\infin} a_n z^{n+m} = 0 \\ \sum_{n=0}^{\infin} a_n (n+m)(n+m-1)z^{n+m-2} + \sum_{n=0}^{\infin} a_n (n+m)z^{n+m-2}+ \sum_{n=0}^{\infin} a_n z^{n+m} - m^2\sum_{n=0}^{\infin} a_n z^{n+m-2} = 0 \\ \sum_{n=0}^{\infin} a_n ({n}^{2}+2 m n)z^{n+m-2} \ + \sum_{n=0}^{\infin} a_n z^{n+m} =0 (dz2d2g(z)+z1dzdg(z))+(1z2m2)g(z)=0n=0an(n+m)(n+m1)zn+m2+z1n=0an(n+m)zn+m1+(1z2m2)n=0anzn+m=0n=0an(n+m)(n+m1)zn+m2+n=0an(n+m)zn+m2+n=0anzn+mm2n=0anzn+m2=0n=0an(n2+2mn)zn+m2 +n=0anzn+m=0
这里还有一个技巧:
∑ n = 0 ∞ a n z n + m = ∑ n = 2 ∞ a n − 2 z n + m − 2 \sum_{n=0}^{\infin} a_n z^{n+m} = \sum_{n=2}^{\infin} a_{n-2} z^{n+m-2} n=0anzn+m=n=2an2zn+m2
所以上面的式子可以进一步简化:
∑ n = 0 ∞ a n ( n 2 + 2 m n ) z n + m − 2 + ∑ n = 0 ∞ a n z n + m = 0 ∑ n = 0 ∞ a n ( n 2 + 2 m n ) z n + m − 2 + ∑ n = 2 ∞ a n − 2 z n + m − 2 = 0 a 0 × 0 × z m − 2 + a 1 ( 1 + 2 m ) z m − 1 + ∑ n = 2 ∞ ( a n ( n 2 + 2 m n ) + a n − 2 ) z n + m − 2 = 0 \sum_{n=0}^{\infin} a_n ({n}^{2}+2 m n)z^{n+m-2} \ + \sum_{n=0}^{\infin} a_n z^{n+m} =0 \\ \sum_{n=0}^{\infin} a_n ({n}^{2}+2 m n)z^{n+m-2} \ + \sum_{n=2}^{\infin} a_{n-2} z^{n+m-2} =0 \\ a_0\times 0 \times z^{m-2} + a_1 (1+2m)z^{m-1} + \sum_{n=2}^{\infin} (a_n ({n}^{2}+2 m n) + a_{n-2}) z^{n+m-2} =0 n=0an(n2+2mn)zn+m2 +n=0anzn+m=0n=0an(n2+2mn)zn+m2 +n=2an2zn+m2=0a0×0×zm2+a1(1+2m)zm1+n=2(an(n2+2mn)+an2)zn+m2=0
这是一个关于 z z z 的 多项式,这个多项式恒为 0 等价于这个多项式的每一项的系数都为 0,所以有:
a 1 ( 2 m + 1 ) = 0 a n ( n 2 + 2 m n ) + a n − 2 = 0 a_1 (2m+1) = 0 \\ a_n ({n}^{2}+2 m n) + a_{n-2} = 0 a1(2m+1)=0an(n2+2mn)+an2=0
所以 a 1 = a 3 = a 5 = ⋯ = 0 a_1 = a_3 = a_5 = \cdots = 0 a1=a3=a5==0 a 0 a_0 a0 为任意的数。
a n = − a n − 2 n 2 + 2 m n = − a n − 2 n ( n + 2 m ) = − a n − 4 ( n ( n + 2 m ) ) ( ( n − 2 ) ( n − 2 + 2 m ) ) a 2 n = − a 2 n − 2 4 n 2 + 4 m n = − a 2 n − 2 ( 2 n ) ( 2 n + 2 m ) = a 2 n − 4 ( ( 2 n ) ( 2 n + 2 m ) ) ( ( 2 n − 2 ) ( 2 n − 2 + 2 m ) ) = ( − 1 ) n a 0 ( ( 2 n ) ( 2 n − 2 ) ⋯ ( 2 ) ) ( ( 2 n + 2 m ) ( 2 n − 2 + 2 m ) ⋯ ( 2 + 2 m ) ) = ( − 1 ) n a 0 2 n n ! 2 n ( n + m ) ! / m ! = ( − 1 ) n a 0 2 2 n n ! ( n + m ) ! / m ! \begin{aligned} a_{n} &= -\frac{a_{n-2}}{n^2 + 2 m n} = -\frac{a_{n-2}}{n(n + 2 m)}\\ &=-\frac{a_{n-4}}{(n(n + 2 m))((n-2)(n-2+2m))} \\ a_{2n} &= -\frac{a_{2n-2}}{4n^2 + 4 m n} = -\frac{a_{2n-2}}{(2n)(2n + 2 m)}\\ &=\frac{a_{2n-4}}{((2n)(2n + 2 m))((2n-2)(2n-2+2m))} \\ & = \frac{(-1)^n a_{0}}{((2n)(2n-2)\cdots(2))((2n + 2 m)(2n-2+2m)\cdots (2+2m)) } \\ & = \frac{(-1)^n a_{0}}{2^n n! 2^n (n+m)! / m!} \\ & = \frac{(-1)^n a_{0}}{2^{2n} n! (n+m)! / m!} \end{aligned} ana2n=n2+2mnan2=n(n+2m)an2=(n(n+2m))((n2)(n2+2m))an4=4n2+4mna2n2=(2n)(2n+2m)a2n2=((2n)(2n+2m))((2n2)(2n2+2m))a2n4=((2n)(2n2)(2))((2n+2m)(2n2+2m)(2+2m))(1)na0=2nn!2n(n+m)!/m!(1)na0=22nn!(n+m)!/m!(1)na0
至此,Bessel 函数的解析表达式就出来了。
g m ( z ) = ∑ n = 0 ∞ a n z n + m = ∑ n = 0 ∞ ( − 1 ) n a 0 2 2 n n ! ( n + m ) ! / m ! z 2 n + m = a 0 m ! z m ∑ n = 0 ∞ ( − 1 ) n n ! ( n + m ) ! z 2 n 2 2 n \begin{aligned} g_m(z) &= \sum_{n=0}^{\infin} a_n z^{n+m} \\ &= \sum_{n=0}^{\infin} \frac{(-1)^n a_{0}}{2^{2n} n! (n+m)! / m!} z^{2n+m} \\ &= a_0 m! z^m \sum_{n=0}^{\infin} \frac{(-1)^n}{ n! (n+m)!} \frac{z^{2n}}{2^{2n}} \end{aligned} gm(z)=n=0anzn+m=n=022nn!(n+m)!/m!(1)na0z2n+m=a0m!zmn=0n!(n+m)!(1)n22nz2n
由于 a 0 a_0 a0 是任意常数,我们可以取 a 0 m ! = 2 − m a_0 m! = 2^{-m} a0m!=2m。这样取上面的表达式还可以再简化一些。
J m ( z ) = a 0 m ! z m ∑ n = 0 ∞ ( − 1 ) n n ! ( n + m ) ! z 2 n 2 2 n = ( z 2 ) m ∑ n = 0 ∞ ( − 1 ) n n ! ( n + m ) ! ( z 2 ) 2 n = ∑ n = 0 ∞ ( − 1 ) n n ! ( n + m ) ! ( z 2 ) 2 n + m \begin{aligned} J_m(z) &= a_0 m! z^m \sum_{n=0}^{\infin} \frac{(-1)^n}{ n! (n+m)!} \frac{z^{2n}}{2^{2n}} \\ &= \left(\frac{z}{2}\right)^m \sum_{n=0}^{\infin} \frac{(-1)^n}{ n! (n+m)!} \left(\frac{z}{2}\right)^{2n} \\ &= \sum_{n=0}^{\infin} \frac{(-1)^n}{ n! (n+m)!} \left(\frac{z}{2}\right)^{2n+m} \end{aligned} Jm(z)=a0m!zmn=0n!(n+m)!(1)n22nz2n=(2z)mn=0n!(n+m)!(1)n(2z)2n=n=0n!(n+m)!(1)n(2z)2n+m
上面式子中我们把 g m ( z ) g_m(z) gm(z) 写成了 J m ( z ) J_m(z) Jm(z) ,因为Bessel 函数通常用 J m ( z ) J_m(z) Jm(z)。下面是用数学软件(Maxima) 画出的m=0,1,2,3 时的函数图像。

在这里插入图片描述上面图上我们可以看出Bessel 函数也是振荡函数。当 m 为偶数时,Bessel 函数是偶函数,m 为奇数时,Bessel 函数为奇函数。
V ( r , φ ) = R ( r ) Φ ( φ ) = C m J m ( k r ) cos ⁡ ( m φ + ψ ) \begin{aligned} V(r,\varphi) &= R(r) \Phi(\varphi) \\ &= C_m J_m(kr) \cos(m \varphi + \psi) \end{aligned} V(r,φ)=R(r)Φ(φ)=CmJm(kr)cos(mφ+ψ)
当 m = 0 时, V ( r , φ ) V(r,\varphi) V(r,φ) 的函数图像如下图。

在这里插入图片描述

m = 1 m = 1 m=1 时, V ( r , φ ) V(r,\varphi) V(r,φ) 的函数图像不再是旋转对称的。也就是 Bessel 函数在极坐标中 φ \varphi φ 方向被 cos ⁡ ( φ ) \cos(\varphi) cos(φ) 函数调制了。

在这里插入图片描述

m = 2 m = 2 m=2 时, V ( r , φ ) V(r,\varphi) V(r,φ) 的函数图像如下图。

在这里插入图片描述

其他的函数图像大家可以自己画出来。简单的说就是随着 m 增大,在 φ \varphi φ 方向上的振荡也越来越多。上面这些图是用 Mathematica 画的。Mathematica 本身不能画极坐标的3D 图,所以需要在直角坐标系中来画这个图。下面是画图时使用的语句。

Plot3D[BesselJ[0, Sqrt[x^2 + y^2]] Cos[0 ArcTan[x, y]], {x, -18.07, 18.07}, {y, -18.07, 18.07}, RegionFunction -> Function[{x, y, z}, x^2 + y^2 <= 18.07*18.07], PlotPoints -> 100, Mesh -> None, ColorFunction -> "DarkRainbow"]Plot3D[BesselJ[1, Sqrt[x^2 + y^2]] Cos[1 ArcTan[x, y]], {x, -19.62, 19.62}, {y, -19.62, 19.62}, RegionFunction -> Function[{x, y, z}, x^2 + y^2 <= 19.62*19.62], PlotPoints -> 100, Mesh -> None, ColorFunction -> "DarkRainbow"]Plot3D[BesselJ[2, Sqrt[x^2 + y^2]] Cos[2 ArcTan[x, y]], {x, -21.12, 21.12}, {y, -21.12, 21.12}, RegionFunction -> Function[{x, y, z}, x^2 + y^2 <= 21.12*21.12], PlotPoints -> 100, Mesh -> None, ColorFunction -> "DarkRainbow"]

u ( r , φ , t ) = V ( r , φ ) Z ( t ) = C m J m ( k r ) cos ⁡ ( m φ + ψ ) cos ⁡ ( c k t + δ ) u(r,\varphi, t) = V(r,\varphi) Z(t) \\ =C_m J_m(kr) \cos(m \varphi + \psi) \cos(c\ k \ t + \delta) u(r,φ,t)=V(r,φ)Z(t)=CmJm(kr)cos(mφ+ψ)cos(c k t+δ)

上面式子中的 k k k 并没有确定,需要边界条件来确定 k k k。之后就只有 m m m 一个可变的参数了,不同的 m m m 表示振动的不同模态。至此,这章最重要的知识点就都总结完了。剩余的部分个人认为不是特别重要,所以没有详细写。


http://www.ppmy.cn/devtools/128279.html

相关文章

RAPIDS cuDF pandas

使用 RAPIDS cuDF pandas 加速器模式处理 10 亿行数据 文章目录 前言一、使用 RAPIDS cuDF pandas 加速器模式进行数据处理二、RAPIDS cuDF pandas 加速器模式下的新大型数据处理功能 24.081. 大字符串支持2. 带预提取的托管内存池三、使用 NVIDIA GPU 运行一亿行挑战赛1. NVID…

用Java爬虫API,轻松获取电商商品SKU信息

在电子商务的精细化运营时代&#xff0c;SKU信息的重要性不言而喻。SKU&#xff08;Stock Keeping Unit&#xff09;信息不仅包含了商品的规格、价格、库存等关键数据&#xff0c;还直接影响到库存管理、价格策略和市场分析等多个方面。如何高效、准确地获取这些信息&#xff0…

万能接口PCIE

一、PCIE插槽的崛起 随着计算机技术的飞速发展&#xff0c;主板上的扩展插槽也在不断演进。PCIE插槽&#xff0c;作为新一代的高速串行扩展总线标准&#xff0c;已经逐渐取代了早期的PCI和AGP插槽&#xff0c;成为现代主板上的主流扩展接口。 二、PCIE插槽的特性 高速串行传…

vue3中使用element-plus的组件,编辑器检查警告爆红找不到名称相关的element组件

1.首先是使用elementPlus的自动导入 在vite.config.js中配置 import { defineConfig } from "vite"; import path from path import AutoImport from "unplugin-auto-import/vite"; import Components from "unplugin-vue-components/vite"; imp…

【Python知识】一个强大的数据分析库Pandas

文章目录 Pandas概述1. 安装 Pandas2. 基本数据结构3. 数据导入和导出4. 数据清洗5. 数据选择和过滤6. 数据聚合和摘要7. 数据合并和连接8. 数据透视表9. 时间序列分析10. 数据可视化 &#x1f4c8; 如何使用 Pandas 进行复杂的数据分析&#xff1f;1. 数据预处理2. 处理缺失值…

基于元神操作系统实现NTFS文件操作(九)

1. 背景 本文继续介绍当前磁盘分区下的文件遍历操作&#xff0c;对于从$Root元文件的90H属性和A0H属性中解析出的子目录&#xff0c;解析每个子目录下的文件&#xff0c;并提供了基于元神操作系统的实现代码。 2. 方法 &#xff08;1&#xff09;判断子目录 判断子目录分为…

TCP标志位在网络故障排查中的作用

http://www.anatraf.com 在网络运维和故障排查中&#xff0c;理解TCP协议至关重要&#xff0c;而TCP标志位&#xff08;Flags&#xff09;更是其中的核心。通过分析TCP包的各个标志位&#xff0c;我们可以获取丰富的状态信息&#xff0c;帮助网络工程师定位问题&#xff0c;优…

QT的文件操作类 QFile

QFile 是 Qt 框架中用于文件处理的一个类。它提供了读取和写入文件的功能&#xff0c;支持文本和二进制文 件。 QFile 继承自 QIODevice &#xff0c;因此它可以像其他IO设备一样使用。 主要功能 文件读写&#xff1a; QFile 支持打开文件进行读取或写入操作文件信息&#x…