KdV方程

科特韋赫-德弗里斯方程（英語：Korteweg-De Vries equation），一般簡稱KdV方程，是1895年由荷蘭數學家科特韋赫和德弗里斯共同發現的一種偏微分方程。關於實自變量x 和t 的函數φ所滿足的KdV方程形式如下：

${\displaystyle \partial _{t}\phi -6\phi \partial _{x}\phi +\partial _{x}^{3}\phi =0}$

KdV方程的解為簇集的孤立子（又稱孤子，孤波）。

KdV方程的行波解

KdV 方程有多種孤波解^[1][2]。

• 鐘形孤波解

${\displaystyle \phi (x,t)={\frac {1}{2}}\,c\,\mathrm {sech} ^{2}\left[{{\sqrt {c}} \over 2}(x-c\,t-a)\right]}$

• 扭形孤波解

${\displaystyle \phi (x,t)=k\,\mathrm {tanh} [k(x+2tk^{2}+c)]}$

• 暗孤波解

${\displaystyle \phi (x,t)=a+b\,\mathrm {tanh} (1+cx+dt)^{2}}$

• 
  鐘形孤波解
• 
  扭形孤波解
• 
  暗孤波解

tanh 法解

利用Maple tanh 法可得 孤立子解：^[3]。

${\displaystyle {u(x,t)=(1/6)*(4*_{C}2^{3}-_{C}3)/_{C}2-2*_{C}2^{2}*csc(_{C}1+_{C}2*x+_{C}3*t)^{2}}}$

${\displaystyle {u(x,t)=(1/6)*(4*_{C}2^{3}-_{C}3)/_{C}2-2*_{C}2^{2}*sec(_{C}1+_{C}2*x+_{C}3*t)^{2}}}$

${\displaystyle u(x,t)=-(1/6)*(4*_{C}2^{3}+_{C}3)/_{C}2-2*_{C}2^{2}*csch(_{C}1+_{C}2*x+_{C}3*t)^{2}}$

${\displaystyle {u(x,t)=-(1/6)*(4*_{C}2^{3}+_{C}3)/_{C}2+2*_{C}2^{2}*sech(_{C}1+_{C}2*x+_{C}3*t)^{2}}}$

${\displaystyle {u(x,t)=(1/6)*(8*_{C}2^{3}-_{C}3)/_{C}2-2*_{C}2^{2}*coth(_{C}1+_{C}2*x+_{C}3*t)^{2}}}$

${\displaystyle {u(x,t)=(1/6)*(8*_{C}2^{3}-_{C}3)/_{C}2-2*_{C}2^{2}*tanh(_{C}1+_{C}2*x+_{C}3*t)^{2}}}$

${\displaystyle {u(x,t)=-(1/6)*(8*_{C}2^{3}+_{C}3)/_{C}2-2*_{C}2^{2}*cot(_{C}1+_{C}2*x+_{C}3*t)^{2}}}$

${\displaystyle {u(x,t)=-(1/6)*(8*_{C}2^{3}+_{C}3)/_{C}2-2*_{C}2^{2}*tan(_{C}1+_{C}2*x+_{C}3*t)^{2}}}$

${\displaystyle {u(x,t)=(1/6)*(-8*_{C}3^{3}+4*_{C}3^{3}*_{C}1^{2}-_{C}4)/_{C}3+2*_{C}3^{2}*JacobiDN(_{C}2+_{C}3*x+_{C}4*t,_{C}1)^{2}}}$

${\displaystyle {u(x,t)=(1/6)*(-8*_{C}3^{3}+4*_{C}3^{3}*_{C}1^{2}-_{C}4)/_{C}3+(2*_{C}3^{2}-2*_{C}3^{2}*_{C}1^{2})*JacobiND(_{C}2+_{C}3*x+_{C}4*t,_{C}1)^{2}}}$

${\displaystyle {u(x,t)=(1/6)*(4*_{C}3^{3}*_{C}1^{2}+4*_{C}3^{3}-_{C}4)/_{C}3-2*_{C}3^{2}*JacobiNS(_{C}2+_{C}3*x+_{C}4*t,_{C}1)^{2}}}$

${\displaystyle {u(x,t)=(1/6)*(4*_{C}3^{3}*_{C}1^{2}+4*_{C}3^{3}-_{C}4)/_{C}3-2*_{C}3^{2}*_{C}1^{2}*JacobiSN(_{C}2+_{C}3*x+_{C}4*t,_{C}1)^{2}}}$

${\displaystyle {u(x,t)=-(1/6)*(8*_{C}3^{3}*_{C}1^{2}-4*_{C}3^{3}+_{C}4)/_{C}3+(-2*_{C}3^{2}+2*_{C}3^{2}*_{C}1^{2})*JacobiNC(_{C}2+_{C}3*x+_{C}4*t,_{C}1)^{2}}}$

${\displaystyle {u(x,t)=-(1/6)*(8*_{C}3^{3}*_{C}1^{2}-4*_{C}3^{3}+_{C}4)/_{C}3+2*_{C}3^{2}*_{C}1^{2}*JacobiCN(_{C}2+_{C}3*x+_{C}4*t,_{C}1)^{2}}}$

${\displaystyle 9.81207-7.70406*I+5.44331*arctanh(10.4881/{\sqrt {(}}-110.*csc(1.40000+1.50000*x+1.60000*t)^{2}+110.))}$

${\displaystyle 9.81207-7.70406*I-5.44331*arctan(10.4881/{\sqrt {(}}-110.*csch(1.40000+1.50000*x+1.60000*t)^{2}-110.))}$

${\displaystyle 9.81207-7.70406*I+5.44331*arctan(10.4881/{\sqrt {(}}-110.*csch(1.40000+1.50000*x+1.60000*t)^{2}-110.))}$

三維行波圖

KdV方程行波圖

KdV方程行波圖

KdV方程行波圖

KdV方程行波圖

KdV方程行波圖

KdV方程行波圖

KdV方程行波圖

KdV方程行波圖

KdV方程行波圖

KdV方程行波圖

KdV方程行波圖

KdV方程行波圖

KdV方程行波圖

KdV方程行波圖

KdV方程行波圖

KdV方程行波圖

KdV方程行波圖

KdV方程行波圖

KdV方程行波圖

KdV方程行波圖

聯繫

KdV方程在物理學的許多領域都有應用，例如電漿體磁流波、離子聲波、非諧振晶格振動、低溫非線性晶格聲子波包的熱激發、液體氣體混合物的壓力表等。

KdV方程也可以用逆散射技術求解。

相關

• 格羅斯–皮塔耶夫斯基方程
• 孤立子

延伸閱讀

• Korteweg, D. J. and de Vries, F. "On the Change of Form of Long Waves Advancing in a Rectangular Canal, and on a New Type of Long Stationary Waves." Philosophical Magazine, 39, 422--443, 1895.
• P. G. Drazin. Solitons. Cambridge University Press, 1983.