Laplacen yhtälö

osallistu tähän kirjaukseen

Laplacen yhtälön skalaarimuoto on osadifferentiaaliyhtälö

 ^ 2psi=0,
(1)

missä del ^2 on Laplasiaani.

huomaa, että operaattori del ^2 kirjoitetaan yleisesti matemaatikkojen mukaan nimellä Delta (Krantz 1999, s. 16). Laplacen yhtälö on erikoistapaus Helmholtzin differentiaaliyhtälöstä

 ^ 2psi+k^2psi=0
(2)

kanssa k=0, eli Poissonin yhtälö

 del ^2psi= - 4pirho
(3)

kanssa rho=0.

vektorin Laplacen yhtälö saadaan

 2F=0.
(4)

funktio psi, joka täyttää Laplacen yhtälön, sanotaan olevan harmoninen. Laplacen yhtälön ratkaisulla on se ominaisuus, että pallopinnan keskiarvo on yhtä suuri kuin pallon keskipisteessä oleva arvo (Gaussin harmoninen funktiolause). Ratkaisuissa ei ole paikallisia maksimeja tai minimejä. Koska Laplacen yhtälö on lineaarinen, minkä tahansa kahden ratkaisun superpositio on myös ratkaisu.

Laplacen yhtälön ratkaisu on yksikäsitteisesti määritelty, jos (1) funktion arvo on määritelty kaikilla rajoilla (Dirichlet ’ n reunaehdot) tai (2) funktion normaali derivaatta on määritelty kaikilla rajoilla (Neumannin reunaehdot).

Coordinate System Variables Solution Functions
Cartesian X(x)Y(y)Z(z) exponential functions, circular functions, hyperbolic functions
circular cylindrical R(r)Theta(theta)Z(z) Bessel functions, exponential functions, circular functions
conical ellipsoidal harmonics, power
confocal ellipsoidal Lambda(lambda)M(mu)N(nu) ellipsoidal harmonics of the first kind
elliptic cylindrical U(u)V(v)Z(z) Mathieu function, circular functions
oblate spheroidal Lambda(lambda)M(mu)N(nu) Legendre polynomial, circular functions
parabolic Bessel functions, circular functions
parabolic cylindrical parabolic cylinder functions, Bessel functions, ympyräfunktiot
paraboloidinen U(u)V(v)Theta (theta) ympyräfunktiot
prolaatti pallomainen  Lambda (lambda)M (mu) N (nu) Legendren polynomi, ympyräfunktiot
pallomainen R(r)Theta(theta)Phi (phi) Legendren polynomi, teho, pyöreät funktiot

Laplacen yhtälö voidaan ratkaista erottamalla muuttujia Kaikissa 11 koordinaatistossa, joihin Helmholtzin differentiaaliyhtälö pystyy. Näiden ratkaisujen muoto on tiivistetty yllä olevaan taulukkoon. Näiden 11 koordinaatiston lisäksi erottelu voidaan saavuttaa kahdessa lisäkoordinaatistossa ottamalla käyttöön kertova tekijä. Näissä koordinaatistoissa erotettu muoto on

 psi=(X_1 (u_1)X_2 (u_2)X_3 (u_3))/(R (u_1,u_2, u_3)),
(5)

ja asetus

 (h_1h_2h_3)/(h_i^2)=g_i(u_(i+1), u_(i+2)) f_i(u_i) R^2,
(6)

missä h_i ovat mittakertoimia, saadaan Laplacen yhtälö

 sum_(i=1)^31/(h_i^2x_i)=sum_(i=1)^31/(h_i^2R).
(7)

jos oikea sivu on yhtä suuri kuin  - k_1^2 / F (u_1,u_2,u_3), missä k_1 on vakio ja F on mikä tahansa funktio, ja jos

 h_1h_2h_3 = Sf_1f_2f_3R^2F,
(8)

missä s on Stäckelin determinantti, voidaan yhtälö ratkaista Helmholtzin differentiaaliyhtälön menetelmillä. Kaksi järjestelmää, joissa näin on, ovat bispherical ja toroidal, jolloin Laplacen yhtälön separoituvien järjestelmien kokonaismäärä on 13 (Morse and Feshbach 1953, s.665-666).

kaksiulotteisissa bipolaarisissa koordinaatistoissa Laplacen yhtälö on separoituva, vaikka Helmholtzin differentiaaliyhtälö ei ole.

Zwillinger (1997, s. 128) kutsuu

 (a_0x+b_0) y^((n))+(a_1x+b_1) y^((n-1))+...+(a_nx+b_n) y=0
(9)

Laplacen yhtälöt.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.

Previous post kolmesti nimetty 90-luvun näyttelijät: kysely
Next post Mount Elliott Cemetery