拉普拉斯算子

二阶微分算子
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拉普拉斯算子(Laplace Operator)是n维 欧几里德空间 中的一个二阶 微分算子 ,定义为 梯度 (▽f)的 散度 (▽·f)。拉普拉斯算子也可以推广为定义在 黎曼流形 上的椭圆型算子,称为 拉普拉斯-贝尔特拉米算子
中文名
拉普拉斯算子
外文名
Laplace Operator
概    述
n维欧几里德空间的二阶微分算子
表示式
二维空间 N 维空间
适用范围
数理科学
推    广
可能是椭圆型算子,双曲型算子

定义

拉普拉斯算子是 n 欧几里德空间 中的一个二阶微分算子,定义为 梯度 (▽f)的 散度 (▽·f)。因此如果 f 二阶可微 实函数 ,则 f 的拉普拉斯算子定义为:
f 的拉普拉斯算子也是笛卡尔 坐标系 xi 中的所有 非混合 二阶 偏导数
作为一个二阶微分算子,拉普拉斯算子把 C 函数映射到 C 函数,对于 k ≥2时成立。算子Δ : C ( R ) → C ( R ),或更一般地,定义了一个算子Δ : C (Ω) → C (Ω),对于任何 开集 Ω时成立。
函数的拉普拉斯算子也是该函数的 黑塞矩阵
另外,满足▽·▽f=0 的函数f, 称为 调和函数
拉普拉斯算子是霍奇理论的核心,并且是德拉姆上同调的结果。拉普拉斯算子是个微分算子,拉普拉斯方程又名调和方程、位势方程,求解拉普拉斯方程是物理学和力学等领域经常遇到的一类重要数学问题。 [2]

表示式

另外 极坐标 的表示法为:
笛卡尔 坐标系 下的表示法
圆柱坐标系 下的表示法
球坐标系 下的表示法

椭圆型偏微分方程

椭圆型偏微分方程 是偏微分方程的一个类型,简称椭圆型方程。这类方程主要用来描述物理中的平衡稳定状态,如定常状态的电磁场、引力场和反应扩散现象等。
椭圆型方程是由方程中主部的系数来界定的。对两个自变量的二阶线性或半线性方程
在不等式
成立的区域内,就称方程是椭圆型的。此时,可以通过自变量的非奇异变换将方程化为标准型
对于高阶线性方程,设
阶线性偏微分算子为
其中,
。该偏微分算子的主部是
若对
及任意非零向量
都有
,则称方程
在点
是椭圆型的。如果在
中每一点都是椭圆型的,就称该方程在
中是线性椭圆型方程。
线型椭圆型方程的典型代表是 拉普拉斯方程 (也叫调和方程)
其中,
这个算子叫拉普拉斯算子(Laplace operator),也叫调和算子。可以说,调和方程是最基本,同时也是最重要的线性椭圆型方程。
对于 非线性方程 ,也可以定义椭圆型方程。例如,考虑二阶实系数拟线性方程
其中,
。如果对任意非零向量
,有
就称方程是
中的拟线性椭圆型方程。类似地,可以定义高阶拟线性椭圆型方程。 [1]