在 环面坐标 中,拉普拉斯方程 变为
![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)
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尝试 分离变量,代入试解
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(2)
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然后将结果除以
得到
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(3)
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函数
然后分离得到
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(4)
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给出解
![Psi(psi)=sin; cos(mpsi)=sum_(k=1)^infty[A_ksin(mpsi)+B_kcos(mpsi)].](/images/equations/LaplacesEquationToroidalCoordinates/NumberedEquation5.svg) |
(5)
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将
代回并除以
得到
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(6)
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函数
然后分离得到
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(7)
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给出解
![V(v)=sin; cos(nv)=sum_(k=1)^infty[C_ksin(nv)+D_kcos(nv)].](/images/equations/LaplacesEquationToroidalCoordinates/NumberedEquation8.svg) |
(8)
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将
代回并乘以
得到
![U^('')(u)+cothuU^'(u)-[(m^2)/(sinh^2u)+(n^2-1/4)]U(u)=0,](/images/equations/LaplacesEquationToroidalCoordinates/NumberedEquation9.svg) |
(9)
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也可以写成
![1/(sinhu)d/(du)(sinhu(dU)/(du))-[(m^2)/(sinh^2u)+(n^2-1/4)]U=0](/images/equations/LaplacesEquationToroidalCoordinates/NumberedEquation10.svg) |
(10)
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(Arfken 1970, pp. 114-115)。拉普拉斯方程 是部分可分离的,但 亥姆霍兹微分方程 不是。
... 的微分方程的解被称为 环面函数。
另请参阅
拉普拉斯方程,
拉普拉斯算子,
环面坐标,
环面函数
使用 探索
参考文献
Arfken, G. "环面坐标
." §2.13 in 物理学家数学方法,第二版 奥兰多,佛罗里达州:Academic Press, pp. 112-115, 1970。Byerly, W. E. 傅里叶级数、球谐函数、柱谐函数和椭球谐函数的基础教程,以及在数学物理问题中的应用 纽约:Dover, pp. 264-266, 1959。Morse, P. M. 和 Feshbach, H. 理论物理方法,第一部分 纽约:McGraw-Hill, p. 666, 1953。
引用为
韦斯坦因,埃里克·W. “拉普拉斯方程 -- 环面坐标。” 来自 —— 资源。 https://mathworld.net.cn/LaplacesEquationToroidalCoordinates.html
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