在 環面座標 中,拉普拉斯方程 變為
![cschv(cosu-coshv)^3[partial/(partialu)((sinhv)/(coshv-cosu)partial/(partialu))+partial/(partialv)((sinhv)/(coshv-cosu)partial/(partialv))+partial/(partialphi)((cschv)/(coshv-cosu)partial/(partialphi))]f=0.](/images/equations/LaplacesEquationToroidalCoordinates/NumberedEquation1.svg) |
(1)
|
嘗試 分離變數,代入試解
 |
(2)
|
然後將結果除以
得到
 |
(3)
|
函式
然後分離得到
 |
(4)
|
給出解
![Psi(psi)=sin; cos(mpsi)=sum_(k=1)^infty[A_ksin(mpsi)+B_kcos(mpsi)].](/images/equations/LaplacesEquationToroidalCoordinates/NumberedEquation5.svg) |
(5)
|
將
代回併除以
得到
 |
(6)
|
函式
然後分離得到
 |
(7)
|
給出解
![V(v)=sin; cos(nv)=sum_(k=1)^infty[C_ksin(nv)+D_kcos(nv)].](/images/equations/LaplacesEquationToroidalCoordinates/NumberedEquation8.svg) |
(8)
|
將
代回並乘以
得到
![U^('')(u)+cothuU^'(u)-[(m^2)/(sinh^2u)+(n^2-1/4)]U(u)=0,](/images/equations/LaplacesEquationToroidalCoordinates/NumberedEquation9.svg) |
(9)
|
也可以寫成
![1/(sinhu)d/(du)(sinhu(dU)/(du))-[(m^2)/(sinh^2u)+(n^2-1/4)]U=0](/images/equations/LaplacesEquationToroidalCoordinates/NumberedEquation10.svg) |
(10)
|
(Arfken 1970, pp. 114-115)。拉普拉斯方程 是部分可分離的,但 亥姆霍茲微分方程 不是。
... 的微分方程的解被稱為 環面函式。
另請參閱
拉普拉斯方程,
拉普拉斯運算元,
環面座標,
環面函式
使用 探索
參考文獻
Arfken, G. "環面座標
." §2.13 in 物理學家數學方法,第二版 奧蘭多,佛羅里達州:Academic Press, pp. 112-115, 1970。Byerly, W. E. 傅立葉級數、球諧函式、柱諧函式和橢球諧函式的基礎教程,以及在數學物理問題中的應用 紐約:Dover, pp. 264-266, 1959。Morse, P. M. 和 Feshbach, H. 理論物理方法,第一部分 紐約:McGraw-Hill, p. 666, 1953。
引用為
韋斯坦因,埃裡克·W. “拉普拉斯方程 -- 環面座標。” 來自 —— 資源。 https://mathworld.tw/LaplacesEquationToroidalCoordinates.html
主題分類