Laplace ‘s ligning

Bidrag til denne post

den skalære form af Laplace’ s ligning er den partialdifferentielle ligning

 del ^2psi=0,
(1)

hvor  del ^2 er Laplacian.

Bemærk, at operatøren  del ^2er almindeligt skrevet som  Delta af matematikere (Krant 1999, s. 16). Laplace ‘s ligning er et specielt tilfælde af helmholts differentialligning

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

med  k=0 eller Poisson’ s ligning

 del ^2psi= - 4pirho
(3)

med rho=0 .

vector Laplace ‘ s ligning er givet af

 del ^2F=0.
(4)

en funktion  psi som opfylder Laplace ‘ s ligning siges at være harmonisk. En løsning på Laplace ‘ s ligning har den egenskab, at gennemsnitsværdien over en sfærisk overflade er lig med værdien i midten af kuglen (Gauss harmoniske funktionssætning). Løsninger har ingen lokale Maksima eller minima. Fordi Laplace ‘ s ligning er lineær, er overlejringen af to løsninger også en løsning.

en løsning på Laplace ‘ s ligning bestemmes entydigt, hvis (1) værdien af funktionen er specificeret på alle grænser (Dirichlet randbetingelser) eller (2) det normale derivat af funktionen er specificeret på alle grænser (Neumann randbetingelser).

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, cirkulære funktioner
paraboloidal  U (u)V (v)Theta (theta) cirkulære funktioner
prolate sfæroid  Lambda (lambda)M (mu)N (nu) Legendre polynomium, cirkulære funktioner
sfærisk  R (r)Theta (theta)Phi (phi) Legendre polynomium, magt, cirkulære funktioner

Laplace ‘ s ligning kan løses ved adskillelse af variabler i alle 11 koordinatsystemer, som Helmholts differentialligning kan. Den form, disse løsninger tager, er opsummeret i tabellen ovenfor. Ud over disse 11 koordinatsystemer kan adskillelse opnås i to yderligere koordinatsystemer ved at indføre en multiplikativ faktor. I disse koordinatsystemer er den adskilte form

 psi=(H_1(u_1)H_2(u_2)H_3(u_3)) / (R (u_1, u_2, u_3)),
(5)

og indstilling

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

hvor  h_i er skalafaktorer, giver Laplace ‘ s ligning

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

hvis højre side er lig med  - k_1^2 / F (u_1,u_2,u_3), hvor  k_1 er en konstant og F er en hvilken som helst funktion, og hvis

 h_1h_2h_3=Sf_1f_2f_3R^2F,
(8)

hvor  S er determinanten for St. Pristckel, kan ligningen løses ved hjælp af metoderne til Helmholts differentialligning. De to systemer, hvor dette er tilfældet, er bispheriske og toroidale, hvilket bringer det samlede antal adskillelige systemer til Laplace ‘ s ligning til 13 (Morse og Feshbach 1953, s.665-666).

i to-dimensionelle bipolære koordinater kan Laplace ‘ s ligning adskilles, selvom Helmholts differentialligning ikke er.

Villinger (1997, s. 128) opkald

 (a_0h + b_0) y^((n))+(a_1h+b_1)y^((n-1))+...+(a_n+b_n)y=0
(9)

Laplace ligningerne.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.

Previous post tre navngivne skuespillere fra 90′ erne: en undersøgelse
Next post Mount Elliott Cemetery