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拉蓋爾微分方程


拉蓋爾微分方程由下式給出

 xy^('')+(1-x)y^'+lambday=0.
(1)

方程 (1) 是更一般的關聯拉蓋爾微分方程的一個特例,其定義為

 xy^('')+(nu+1-x)y^'+lambday=0
(2)

其中 lambdanu 是實數 (Iyanaga and Kawada 1980, p. 1481; Zwillinger 1997, p. 124),且 nu=0

關聯方程 (2) 的通解是

 t=C_1U(-lambda,1+nu,x)+C_2L_lambda^nu(x),
(3)

其中 U(a,b,x)第一類合流超幾何函式,而 L_lambda^nu(x) 是廣義拉蓋爾多項式

請注意,在特殊情況 lambda=0 下,關聯拉蓋爾微分方程的形式為如下形式

 y^('')(x)+P(x)y^'(x)=0,
(4)

因此可以使用積分因子找到解

mu=exp(intP(x)dx)
(5)
=exp(int(nu+1-x)/xdx)
(6)
=exp[(nu+1)lnx-x]
(7)
=x^(nu+1)e^(-x),
(8)

如下

y=C_1int(dx)/mu+C_2
(9)
=C_1int(e^x)/(x^(nu+1))dx+C_2
(10)
=C_2-C_1x^(-nu)E_(1+nu)(-x),
(11)

其中 E_n(x)En-函式

關聯拉蓋爾微分方程在 0 處有一個正則奇點,在 infty 處有一個非正則奇點。它可以使用級數展開求解,

xsum_(n=2)^(infty)n(n-1)a_nx^(n-2)+(nu+1)sum_(n=1)^(infty)na_nx^(n-1)-xsum_(n=1)^(infty)na_nx^(n-1)+lambdasum_(n=0)^(infty)a_nx^n=0
(12)
sum_(n=2)^(infty)n(n-1)a_nx^(n-1)+(nu+1)sum_(n=1)^(infty)na_nx^(n-1)-sum_(n=1)^(infty)na_nx^n+lambdasum_(n=0)^(infty)a_nx^n=0
(13)
sum_(n=1)^(infty)(n+1)na_(n+1)x^n+(nu+1)sum_(n=0)^(infty)(n+1)a_(n+1)x^n-sum_(n=1)^(infty)na_nx^n+lambdasum_(n=0)^(infty)a_nx^n=0
(14)
[(nu+1)a_1+lambdaa_0]+sum_(n=1)^(infty){[(n+1)n+(nu+1)(n+1)]a_(n+1)-na_n+lambdaa_n}x^n=0
(15)
[(nu+1)a_1+lambdaa_0]+sum_(n=1)^(infty)[(n+1)(n+nu+1)a_(n+1)+(lambda-n)a_n]x^n=0.
(16)

這要求

a_1=-lambda/(nu+1)a_0
(17)
a_(n+1)=(n-lambda)/((n+1)(n+nu+1))a_n
(18)

對於 n>1。 因此,

 a_(n+1)=(n-lambda)/((n+1)(n+nu+1))a_n
(19)

對於 n=1, 2, ...,因此

y=sum_(n=0)^(infty)a_nx^n
(20)
=a_0_1F_1(-lambda,nu+1,x)
(21)
=a_0[1-lambda/(nu+1)x-(lambda(1-lambda))/(2(nu+1)(nu+2))x^2-(lambda(1-lambda)(2-lambda))/(2·3(nu+1)(nu+2)(nu+3))x^3+...].
(22)

如果 lambda 是一個非負整數,則級數終止,解由下式給出

 y=a_0(lambda!L_lambda^nu(x))/((nu+1)_lambda),
(23)

其中 L_lambda^nu(x)關聯拉蓋爾多項式,而 (a)_nPochhammer 符號。在特殊情況 nu=0 下,關聯拉蓋爾多項式退化為通常的拉蓋爾多項式,解退化為

 y=a_0L_lambda(x).
(24)

另請參閱

關聯拉蓋爾多項式, 拉蓋爾多項式

使用 探索

參考文獻

Iyanaga, S. and Kawada, Y. (Eds.). Encyclopedic Dictionary of Mathematics. Cambridge, MA: MIT Press, p. 1481, 1980.Zwillinger, D. Handbook of Differential Equations, 3rd ed. Boston, MA: Academic Press, p. 120, 1997.

在 中被引用

拉蓋爾微分方程

請引用為

Weisstein, Eric W. "Laguerre Differential Equation." 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/LaguerreDifferentialEquation.html

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