De vergelijking van Laplace

bijdragen aan dit item

de scalaire vorm van Laplace ‘ s vergelijking is de partialdifferentiële vergelijking

 del ^2psi=0,
(1)

waarbij  del ^2 het Laplaciaan is.

merk op dat de operator del ^2 gewoonlijk wordt geschreven als Delta door wiskundigen (Krantz 1999, p. 16). Laplace vergelijking is een speciaal geval van de Helmholtz differentiaalvergelijking

 del ^ ± 2psi+k^ ± 2psi=0
(2)

met k=0, of Poisson-vergelijking

 del ^ ± 2psi=-4pirho
(3)

met rho=0.

de vectorvergelijking van Laplace wordt gegeven door

 del ^2F=0.
(4)

een functie psi die voldoet aan de vergelijking van Laplace zou harmonisch zijn. Een oplossing voor Laplace ‘ s vergelijking heeft de eigenschap dat de gemiddelde waarde over een sferisch oppervlak gelijk is aan de waarde in het midden van de bol (de harmonische functiestelling van Gauss). Oplossingen hebben geen lokale maxima of minima. Omdat Laplace ‘ s vergelijking lineair is, is de superpositie van twee oplossingen ook een oplossing.

een oplossing voor de Laplace-vergelijking wordt op unieke wijze bepaald als (1) de waarde van de functie op alle grenzen is gespecificeerd (randvoorwaarden van Dirichlet) of (2) de normale afgeleide van de functie op alle grenzen is gespecificeerd (randvoorwaarden van Neumann).

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, circulaire functies
paraboloidal U(u), V(v), Theta(theta) circulaire functies
prolate nodulair Lambda(lambda)M(mu)N(nu) Legendre polynoom, circulaire functies
sferische R(r), Theta(theta)Φ(phi) Legendre polynoom, de macht, de circulaire functies

Laplace vergelijking kan worden opgelost door een scheiding van variabelen in alle 11 coördinatenstelsels die de Helmholtz differentiaalvergelijking kan. De vorm van deze oplossingen is samengevat in bovenstaande tabel. Naast deze 11 coördinatenstelsels kan scheiding worden bereikt in twee extra coördinatenstelsels door de invoering van een multiplicatieve factor. In deze coördinatenstelsels, de gescheiden formulier is

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

en instelling

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

waar h_i schaal-factoren, geeft de vergelijking van Laplace

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

Als de rechter zijde is gelijk aan -k_1^2/F(u_1,u_2,u_3), waarbij k_1 een constante is en F is een functie, en als

 h_1h_2h_3=Sf_1f_2f_3R^2F,
(8)

waar S is de Stäckel determinant, dan is de vergelijking kan worden opgelost met behulp van de methoden van de Helmholtz differentiaalvergelijking. De twee systemen waar dit het geval is zijn bisferisch en toroïdaal, waardoor het totale aantal scheidbare systemen voor Laplace ‘ s vergelijking op 13 komt (Morse en Feshbach 1953, blz.665-666).

in tweedimensionale bipolaire coördinaten is de vergelijking van Laplace scheidbaar, hoewel de differentiaalvergelijking van Helmholtz dat niet is.

Zwillinger (1997, blz. 128)

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

de Laplace vergelijkingen.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.

Previous post drie-Named Actors of the 90s: A Survey
Next post Mount Elliott Cemetery