卡東穆塞夫 - 彼得韋亞斯維利方程(Kadomtsev-Petviashvili equation)，簡稱 KP 方程，是 1970 年蘇聯物理學家波里斯・卡東穆塞夫 和弗拉基米爾 - 彼得韋亞斯維利創立以模擬非線性波動的非線性偏微分方程：

　
: $\displaystyle \partial _{x}(\partial _{t}u+u\partial _{x}u+\epsilon ^{2}\partial _{xxx}u)+\lambda \partial _{yy}u=0$

其中 $\lambda =\pm 1$ .



解析解

卡東穆塞夫 - 彼得韋亞斯維利方程有解析解

行波解

$$
u(x,y,t)=C5+12.*_{C}2*\tanh(_{C}1+_{C}2*x+_{C}3*y-(.50000000000000000000*(8.*_{C}2^{4}+_{C}3^{2}))*t/_{C}2)
$$

代人參數： C5 = 1, \_C1 = 0, \_C2 = 1, \_C3 = 3

得： $u=1+12.*tanh(x+3*y-8.5000000000000000000*t)$

 

Sech 函數亮孤立子解

利用 sech 函數展開法可得卡東穆塞夫 - 彼得韋亞斯維利方程的 sech 函數解和 tanh 函數解。

 

$$
u:=a*sech(a*x+b*y+c*z-(a^{4}+3*b^{2}+3*c^{2})/a)*t
$$

參數：a = -2 .. 2, b = -2 .. 2, c = 0

tanh 函數解

 $u:=2*a^{2}*tanh(a*x+b*y+(8*a^{4}-3*b^{2})/a)^{2}*t$ 。

參數：a = 2, b = -2；

 

雅可比橢圓函數解

通過朗斯基行列式展開法可得卡東塞穆夫 - 彼得韋亞斯維利方程多個雅可比橢圓函數解。

$$
u4:={\frac {(-4*m^{2}*k[1]^{2}*g)}{({\sqrt {1-m^{2}}}*sn(\xi [1],k)*sin(\xi [2])+dn(\xi [1],k)*cos(\xi [2])*cn(\xi [1],k))^{2})}}
$$

其中：

$$
g=(m^{2}-1)*sn(\xi [1],k)^{2}+(2-2*m^{2})*sn(\xi [1],k)^{4}+cos(\xi [2])^{2};-2*sn(\xi [1],k)^{2}*cos(\xi [2])^{2}+m^{2}*sn(\xi [1],k)^{4}*cos(\xi [2])^{2}
$$

$$
\xi [1]=k[1]*x+\lambda [1]*y+(4*m^{2}*k[1]^{3}+16*k[1]^{3}-3*\sigma ^{2}*\lambda [1]^{2}/k[1])*t+\gamma [1]
$$

$$
\xi [2]={\sqrt {1-m^{2}}}*(k[1]*x+\lambda [1]*y+(-4*m^{2}*k[1]^{3}+16*k[1]^{3}-3*\sigma ^{2}*\lambda [1]^{2}/k[1])*t)-\gamma [2]
$$

代入後得：

$$
f4:=-4*m^{2}*k[1]^{2}*((m^{2}-1)*JacobiSN(k[1]*x+\lambda [1]*y+(4*m^{2}*k[1]^{3}+16*k[1]^{3}
$$

$$
-3*\sigma ^{2}*\lambda [1]^{2}/k[1])*t+\gamma [1],k)^{2}+(2-2*m^{2})*JacobiSN(k[1]*x+\lambda [1]*y
$$

$$
+(4*m^{2}*k[1]^{3}+16*k[1]^{3}-3*\sigma ^{2}*\lambda [1]^{2}/k[1])*t+\gamma [1],k)^{4}+
$$

$$
cos({\sqrt {(1-m^{2})}}*(k[1]*x+\lambda [1]*y+(-4*m^{2}*k[1]^{3}+16*k[1]^{3}-3*\sigma ^{2}*\lambda [1]^{2}/k[1])*t)
$$

$$
-\gamma [2])^{2})/(sqrt(1-m^{2})*JacobiSN(k[1]*x+\lambda [1]*y+(4*m^{2}*k[1]^{3}+16*k[1]^{3}-
$$

$$
3*\sigma ^{2}*\lambda [1]^{2}/k[1])*t+\gamma [1],k)*sin({\sqrt {(}}1-m^{2})*(k[1]*x+\lambda [1]*y+
$$

$$
(-4*m^{2}*k[1]^{3}+16*k[1]^{3}-3*\sigma ^{2}*\lambda [1]^{2}/k[1])*t)-\gamma [2])+JacobiDN(k[1]*x+\lambda [1]*y+
$$

$$
(4*m^{2}*k[1]^{3}+16*k[1]^{3}-3*\sigma ^{2}*\lambda [1]^{2}/k[1])*t+\gamma [1],k)*cos({\sqrt {1-m^{2}}}*(k[1]*x+\lambda [1]*y+
$$

$$
(-4*m^{2}*k[1]^{3}+16*k[1]^{3}-3*\sigma ^{2}*\lambda [1]^{2}/k[1])*t)-\gamma [2])*JacobiCN(k[1]*x+
$$

$$
\lambda [1]*y+(4*m^{2}*k[1]^{3}+16*k[1]^{3}-3*\sigma ^{2}*\lambda [1]^{2}/k[1])*t+\gamma [1],k))^{2}
$$



參考文獻

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