帶有量子修正的Zakharov方程的精確非線性波解

吳沈輝，宋明

帶有量子修正的Zakharov方程的精確非線性波解

吳沈輝，宋明*

（紹興文理學院 數理信息學院, 浙江 紹興 312000）

利用動力系統定性理論和分支方法，研究了帶有量子修正的Zakharov方程的精確非線性波解，給出了不同參數條件下的相圖，沿相圖中的特殊軌道進行了積分，得到量子Zakharov方程的4個孤立波解、7個奇異波解和24個周期波解共3類非線性波解。當參數取特殊值時，對部分周期波解取極限，給出了周期波解演化為相應的孤立波解和奇異波解的過程。

分支方法；修正Zakharov方程；非線性波解

0　引言

1972年，ZAKHAROV［1］提出了可用于描述高頻Langmuir波和低頻等離子波之間非線性相互作用的Zakharov方程，此為等離子體物理中的重要方程組。在一維情況下，經典的Zakharov方程為

近年來，眾多學者致力于研究經典等離子體中的物理現象。考慮量子效應，用經典模型進行描述不夠精確，GARCIA等［2］利用量子流體方法得到帶有量子修正的Zakharov方程：

首先，利用動力系統分支方法和定性理論［10-20］研究量子Zakharov方程的非線性波解，討論不同參數取值范圍內行波解的存在性。其次，通過行波變換將方程轉至平面系統，確定不同參數條件下奇點的類型，并借助Mathematica軟件得到系統的分支相圖，分別對相圖中的同宿軌道、異宿軌道和周期軌道進行積分，得到對應的孤立波解、奇異波解和周期波解。最后，給出當參數取極限時周期波解演化為孤立波解和奇異波解的過程。

1　相圖

采用變換：

將式（2）轉化為

將式（4）的第2式求導后代入第1式，并對第3式積分2次，得

設

將式（6）代入式（5）的第1式，得

將式（6）代入式（5）的第2式，得

對式（9）積分，得到2個哈密頓函數：

令

根據動力系統定性理論，利用Mathmatica軟件，得到式（9）的相圖（圖1）。

2　非線性波解

圖1　在不同參數下式（9）的相圖

由式（3），得到2個孤立波解：

2個奇異波解：

利用式（3），得到2個周期波解：

利用式（3），得到2個周期波解：

利用式（3），得到8個周期波解：

利用式（3），得到3個奇異波解：

利用式（3），得到2個孤立波解：

2個奇異波解：

利用式（3），得到2個周期波解：

利用式（3），得到2個周期波解：

利用式（3），得到8個周期波解：

3　周期波解的演化過程

當參數取特殊值時，對周期波解取極限，得到相應的孤立波解和奇異波解。

圖2　當時，周期波解式（27）孤立波解式（16）

圖3　當時，周期波解式（37）孤立波解式（16）

圖4　當時，周期波解式（28）奇異波解式（17）

圖5　當時，周期波解式（38）奇異波解式（17）

4　結論

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Exact nonlinear wave solutions for the modified Zakharov equation with a quantum correction

WU Shenhui, SONG Ming

（，，312000，，）

bifurcation method; the modified Zakharov equation; nonlinear wave solutions

O 175.29

A

1008?9497（2023）01?030?08

2021?09?23.

國家自然科學基金資助項目（11775146）.

吳沈輝（1997—），ORCID：https：//orcid.org/0000-0002-8633-0769，男，碩士研究生，主要從事微分方程非線性波解研究，E-mail：wsh56314@163.com.

通信作者，ORCID：https：//orcid.org/0000-0003-4176-4923，E-mail：songming12_15@163.com.