Единственность уравнения Пуассона при наличии неизвестного связанного заряда

Я знаком с обычными аккуратными доказательствами единственности решений уравнения Пуассона,

2 ф "=" р / ϵ
которые показывают, что если у нас есть два решения ф , ф , затем
Г г В ( ф ф ) ( ф ф ) "=" Г ( ф ф ) ( ф ф ) г А Г г В ( ф ф ) 2 ( ф ф )
Я буду предполагать, что имею в виду хороший, простой том Г , и что я указал граничные условия на границе Г . Магия заключается в том, что для соответствующих граничных условий, таких как фон Нейман и Дирихле, или их смеси в разных частях Г , поверхностный интеграл в правой части равен нулю. Более того, 2 ( ф ф ) обращается в нуль везде, поэтому интеграл по объему справа обращается в нуль, оставляя

Г г В ( ф ф ) ( ф ф ) "=" 0
что подразумевает, что ( ф ф ) равен нулю по объему, поэтому ф ф постоянно. Все хорошо.


Моя беда в том, что р часто указывается не полностью! Например, если у нас есть граница между двумя диэлектрическими средами в пределах Г , я ожидаю, что граница будет иметь связанный заряд от материального отклика. То есть, р "=" р ф р е е , с п е с я ф я е г + р б о ты н г , ты н с п е с я ф я е г . Для простых материалов задача получает дополнительные граничные условия вместо задания р б о ты н г , ты н с п е с я ф я е г в начале.

То есть человек ожидает

2 ф "=" р ф р е е , с п е с я ф я е г / ϵ
вдали от границы между простыми материалами вместе с дополнительным перпендикулярным к границе граничным условием
ϵ а ψ н | а "=" ϵ б ψ н | б
на границе между простыми материалами. Эта последняя граница не является частью Г , и это граничное условие имеет другой вкус, чем Дирихле или фон Неймана, поскольку это просто уравнение непротиворечивости, а не спецификация.

Как мне доказать единственность (учитывая обычные типы Дирихле, фон Неймана и т. Г ) для такой задачи, где дополнительные граничные условия внутри Г полностью заменить р в Г ? Моя борьба в том, что я не вижу этого ф ф будет удовлетворять уравнению Лапласа, поскольку априори связанный заряд может быть разным для двух растворов.

Ответы (1)

Вот простой вариант доказательства в ОП, который пришел мне в голову после публикации награды. Я еще раз рассматриваю два решения ф и ф , с Д "=" ϵ Е "=" ϵ ф .

Теорема о расходимости и небольшая перестановка дают нам Г г В ( ф ф ) ( Д Д ) "=" Г ( ф ф ) ( Д Д ) г А Г г В ( ф ф ) ( Д Д )

Тогда снова для граничных условий Дирихле ф ф равен нулю на границе, а для краевых условий фон Неймана Д Д равен нулю на границе (поскольку он пропорционален 0 ). Таким образом, для этих граничных условий или соответствующей смеси граничный член обращается в нуль.

Более того, Д "=" Д "=" р ф р е е , с п е с я ф я е г , поэтому второй член в правой части также равен нулю. Таким образом,

Г г В ( ф ф ) ( Д Д ) "=" 0
что значит
Г г В ϵ | ( ф ф ) | 2 "=" 0

Если ϵ знак не меняет, то ( ф ф ) "=" 0 , что доказывает единственность электрического поля.