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格林函式--泊松方程


泊松方程

 del ^2phi=4pirho,
(1)

其中 phi 通常被稱為勢函式,而 rho 被稱為密度函式,因此在這種情況下,微分算符是 L^~=del ^2。 像往常一樣,我們正在尋找格林函式 G(r_1,r_2) 使得

 del ^2G(r_1,r_2)=delta^3(r_1-r_2).
(2)

但從 拉普拉斯運算元

 del ^2(1/(|r-r^'|))=-4pidelta^3(r-r^'),
(3)

所以

 G(r,r^')=-1/(4pi|r-r^'|),
(4)

解是

 phi(r)=intG(r,r^')[4pirho(r^')]d^3r^'=-int(rho(r^')d^3r^')/(|r-r^'|).
(5)

球諧函式 Y_l^m 中展開 G(r_1,r_2) 得到

 G(r_1,r_2)=sum_(l=0)^inftysum_(m=-l)^l1/(2l+1)(r_<^l)/(r_>^(l+1))Y_l^m(theta_1,phi_1)Y^__l^m(theta_2,phi_2),
(6)

其中 r_<r_>大於/小於符號。 這個表示式簡化為

 g(r_1,r_2)=1/(4pi)sum_(l=0)^infty(r_<^l)/(r_>^(l+1))p_l(cosgamma),
(7)

其中 p_l勒讓德多項式,並且 cosgamma=r_1·r_2。 方程 (6) 和 (7) 給出了 勒讓德多項式 的加法定理。

圓柱座標 中,格林函式要複雜得多,

 G(r_1,r_2)=1/(2pi^2)sum_(m=-infty)^inftyint_0^inftyI_m(krho_<)K_m(krho_>)e^(im(phi_1-phi_2))cos[k(z_1-z_2)]dk,
(8)

其中 I_m(x)K_m(x)第一類修正貝塞爾函式第二類 (Arfken 1985)。


使用 探索

參考文獻

Arfken, G. 物理學家數學方法,第 3 版。 奧蘭多,佛羅里達州:學術出版社,第 485-486, 905, 和 912 頁,1985 年。

請引用本文為

Weisstein, Eric W. "格林函式--泊松方程。" 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/GreensFunctionPoissonsEquation.html

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