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格林函数--泊松方程


泊松方程

 del ^2phi=4pirho,
(1)

其中 phi 通常被称为势函数,而 rho 被称为密度函数,因此在这种情况下,微分算符是 L^~=del ^2。 像往常一样,我们正在寻找格林函数 G(r_1,r_2) 使得

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

但从 拉普拉斯算子

 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)

球谐函数 Y_l^m 中展开 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_>大于/小于符号。 这个表达式简化为

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

其中 p_l勒让德多项式,并且 cosgamma=r_1·r_2。 方程 (6) 和 (7) 给出了 勒让德多项式 的加法定理。

圆柱坐标 中,格林函数要复杂得多,

 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)第一类修正贝塞尔函数第二类 (Arfken 1985)。


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参考文献

Arfken, G. 物理学家数学方法,第 3 版。 奥兰多,佛罗里达州:学术出版社,第 485-486, 905, 和 912 页,1985 年。

请引用本文为

Weisstein, Eric W. "格林函数--泊松方程。" 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/GreensFunctionPoissonsEquation.html

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