Уравнение Лапласа в сферических координатах. Схема решения методом разделения переменных.

Запишем оператор Лапласа в сферических координатах:

: .

Решим уравнение Лапласа (1)методом разделения переменных. Ищем решение в виде:, подставим: (2). Запишем задачу для(функции не имеют особенности и определены на сфере).: (3)Задача: найти значения, при которых задача (3) имеет нетривиальное решение. Сферическими функциями называются любые нетривиальные решения задачи (3). Будем решать задачу (3) методом разделения переменных. Пусть, подставляем, домножив на, получаем:, получаем две задачи:и (5).

Решаем (4). или (тоже самое), для того чтобы выполнялась периодичностьдолжно быть целым:. Тогда.

Решаем (5). Сделаем замену: , учтем чтотогда. Делим (5) на:, получили уравнение для присоединённых полиномов Лежандра. Тогда.

П

m

Перейдём к решению задачи для :. Ищем решение в виде:, подставляем:- шаровый функции,

тогда ,- решение уравнения Лапласа в сферических координатах.

17. Содержание

    • Оглавление
    • Первая и вторая формулы Грина с оператором, следствия.
    • Гармонические функции. Интегральное представление. Их основные свойства.
    • Примеры
    • Свойства гармонических функций.
    • Теорема о среднем для гармонических функций
    • Теорема о максимумах и минимумах для гармонических функций. Единственность и корректность задач Дирихле.
    • Следствия:
    • Функция Грина для краевой задачи с уравнением Пуассона. Её построение методом отображений.
    • Функция Грина для задачи с уравнением, понятия, определения.
    • Решение задач с её помощью
    • Построение функции Грина в одномерном случае на отрезке
    • Теория потенциалов, определение, основные свойства.
    • Объёмный потенциал
    • Потенциал простого слоя
    • Потенциал двойного слоя
    • Решение задач Дирихле с уравнением Пуассона методом теории потенциалов
    • Сводная таблица6 общие сведения о потенциалах:
    • Понятие о корректно и некорректно поставленных задачах математической физики, примеры.
    • Уравнение с операторомс особенностью, свойства, ограниченность, постановка задачи.
    • Уравнение Бесселя.
    • Особенность, построение ограниченного решения .
    • Общее решение, ,,,понятие о функциях .
    • Асимптотика решений уравнения Бесселя, нули функции Бесселя.
    • Краевая задача на собственные значения: ,её решение, ортогональность собственных функций, теорема Фурье-Бесселя б/д.
    • Модифицированное уравнение Бесселя, ограниченность решения , свойства, общее решение, понятие о функции .
    • Сводная таблица.
    • Краевая задачас двумя особыми точками на концах отрезка. Граничные условия. Условия самосопряжённости оператора.
    • Уравнение гипергеометрического типа.
    • Приведение к самосопряжённому виду. Весовые функции . Уравнение для производных(в следующем пункте).
    • Решение в виде полиномов. Формула Родрига.
    • Ортогональные решения полиномов. Свойства нулей.
    • Примеры: уравнения, краевые задачи, определение и свойства полиномов
    • Полиномы Лежандра.
    • Полиномы Чебышева-Лягера.
    • Чебышева-Эрмита.
    • Сводная таблица для уравнений гипергеометрического вида.
    • Уравнения, краевая задача для присоединенных полином Лежандра. Решения. Основные свойства.
    • Уравнение Лапласа в сферических координатах. Схема решения методом разделения переменных.
    • Сферические функции, определения, построение системы базисных функций. Ортогональность, полнота, теорема о разложении, б/д.