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斯塔克尔行列式


一个 行列式,用于确定 亥姆霍兹微分方程 在哪些坐标系中是可分离的(Morse 和 Feshbach 1953)。一个行列式

 S=|Phi_(mn)|=|Phi_(11) Phi_(12) Phi_(13); Phi_(21) Phi_(22) Phi_(23); Phi_(31) Phi_(32) Phi_(33)|
(1)

其中 Phi_(ni)u_i 的函数,被称为斯塔克尔行列式。如果坐标系满足 罗伯逊条件,即 比例因子 h_i拉普拉斯算子

 del ^2=sum_(i=1)^31/(h_1h_2h_3)partial/(partialu_i)((h_1h_2h_3)/(h_i^2)partial/(partialu_i))
(2)

可以根据函数 f_i(u_i) 重写,定义为

 1/(h_1h_2h_3)partial/(partialu_i)((h_1h_2h_3)/(h_i^2)partial/(partialu_i)) 
=(g(u_(i+1),u_(i+2)))/(h_1h_2h_3)partial/(partialu_i)[f_i(u_i)partial/(partialu_i)] 
=1/(h_i^2f_i)partial/(partialu_i)(f_ipartial/(partialu_i))
(3)

使得 S 可以写成

 S=(h_1h_2h_3)/(f_1(u_1)f_2(u_2)f_3(u_3)).
(4)

当这是真的时,分离的方程具有 以下形式

 1/(f_n)partial/(partialu_n)(f_n(partialX_n)/(partialu_n))+(k_1^2Phi_(n1)+k_2^2Phi_(n2)+k_3^2Phi_(n3))X_n=0
(5)

Phi_(ij)s 服从余子式方程

M_1=Phi_(22)Phi_(33)-Phi_(23)Phi_(32)=S/(h_1^2)
(6)
M_2=Phi_(13)Phi_(32)-Phi_(12)Phi_(33)=S/(h_2^2)
(7)
M_3=Phi_(12)Phi_(23)-Phi_(13)Phi_(22)=S/(h_3^2),
(8)

这等价于

 M_1Phi_(11)+M_2Phi_(21)+M_3Phi_(31)=S
(9)
 M_1Phi_(12)+M_2Phi_(22)+M_3Phi_(32)=0
(10)
 M_1Phi_(13)+M_2Phi_(23)+M_3Phi_(33)=0
(11)

(Morse 和 Feshbach 1953,第 509 页)。这给出了九个 未知数 中的四个方程。Morse 和 Feshbach (1953, 第 655-666 页) 不仅给出了常见坐标系的斯塔克尔行列式,还给出了行列式的元素(尽管尚不清楚这些是如何推导出来的)。


另请参阅

亥姆霍兹微分方程拉普拉斯方程泊松方程罗伯逊条件变量分离

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参考文献

Moon, P. and Spencer, D. E. Field Theory Handbook, Including Coordinate Systems, Differential Equations, and Their Solutions, 2nd ed. 纽约:施普林格出版社,第 5-7 页,1988 年。Morse, P. M. and Feshbach, H. "Tables of Separable Coordinates in Three Dimensions." Methods of Theoretical Physics, Part I. 纽约:麦格劳-希尔,第 509-511 页和 655-666 页,1953 年。

在 中引用

斯塔克尔行列式

请引用本文为

Weisstein, Eric W. "斯塔克尔行列式。" 来自 Web 资源。 https://mathworld.net.cn/StaeckelDeterminant.html

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