تاريخ الرياضيات
الاعداد و نظريتها
تاريخ التحليل
تار يخ الجبر
الهندسة و التبلوجي
الرياضيات في الحضارات المختلفة
العربية
اليونانية
البابلية
الصينية
المايا
المصرية
الهندية
الرياضيات المتقطعة
المنطق
اسس الرياضيات
فلسفة الرياضيات
مواضيع عامة في المنطق
الجبر
الجبر الخطي
الجبر المجرد
الجبر البولياني
مواضيع عامة في الجبر
الضبابية
نظرية المجموعات
نظرية الزمر
نظرية الحلقات والحقول
نظرية الاعداد
نظرية الفئات
حساب المتجهات
المتتاليات-المتسلسلات
المصفوفات و نظريتها
المثلثات
الهندسة
الهندسة المستوية
الهندسة غير المستوية
مواضيع عامة في الهندسة
التفاضل و التكامل
المعادلات التفاضلية و التكاملية
معادلات تفاضلية
معادلات تكاملية
مواضيع عامة في المعادلات
التحليل
التحليل العددي
التحليل العقدي
التحليل الدالي
مواضيع عامة في التحليل
التحليل الحقيقي
التبلوجيا
نظرية الالعاب
الاحتمالات و الاحصاء
نظرية التحكم
بحوث العمليات
نظرية الكم
الشفرات
الرياضيات التطبيقية
نظريات ومبرهنات
علماء الرياضيات
500AD
500-1499
1000to1499
1500to1599
1600to1649
1650to1699
1700to1749
1750to1779
1780to1799
1800to1819
1820to1829
1830to1839
1840to1849
1850to1859
1860to1864
1865to1869
1870to1874
1875to1879
1880to1884
1885to1889
1890to1894
1895to1899
1900to1904
1905to1909
1910to1914
1915to1919
1920to1924
1925to1929
1930to1939
1940to the present
علماء الرياضيات
الرياضيات في العلوم الاخرى
بحوث و اطاريح جامعية
هل تعلم
طرائق التدريس
الرياضيات العامة
نظرية البيان
Laplace,s Equation--Spherical Coordinates
المؤلف: Morse, P. M. and Feshbach, H
المصدر: Methods of Theoretical Physics, Part I. New York: McGraw-Hill
الجزء والصفحة: ...
21-7-2018
2185
In spherical coordinates, the scale factors are , , , and the separation functions are , , , giving a Stäckel determinant of .
The Laplacian is
(1) |
To solve Laplace's equation in spherical coordinates, attempt separation of variables by writing
(2) |
Then the Helmholtz differential equation becomes
(3) |
Now divide by ,
(4) |
(5) |
The solution to the second part of (5) must be sinusoidal, so the differential equation is
(6) |
which has solutions which may be defined either as a complex function with , ...,
(7) |
or as a sum of real sine and cosine functions with , ...,
(8) |
Plugging (6) back into (7),
(9) |
The radial part must be equal to a constant
(10) |
(11) |
But this is the Euler differential equation, so we try a series solution of the form
(12) |
Then
(13) |
(14) |
(15) |
This must hold true for all powers of . For the term (with ),
(16) |
which is true only if and all other terms vanish. So for , . Therefore, the solution of the component is given by
(17) |
Plugging (17) back into (◇),
(18) |
(19) |
which is the associated Legendre differential equation for and , ..., . The general complex solution is therefore
(20) |
where
(21) |
are the (complex) spherical harmonics. The general real solution is
(22) |
Some of the normalization constants of can be absorbed by and , so this equation may appear in the form
(23) |
where
(24) |
(25) |
are the even and odd (real) spherical harmonics. If azimuthal symmetry is present, then is constant and the solution of the component is a Legendre polynomial . The general solution is then
(26) |
REFERENCES:
Byerly, W. E. An Elementary Treatise on Fourier's Series, and Spherical, Cylindrical, and Ellipsoidal Harmonics, with Applications to Problems in Mathematical Physics. New York: Dover, p. 244, 1959.
Moon, P. and Spencer, D. E. Field Theory Handbook, Including Coordinate Systems, Differential Equations, and Their Solutions, 2nd ed. New York: Springer-Verlag, p. 27, 1988.
Morse, P. M. and Feshbach, H. Methods of Theoretical Physics, Part I. New York: McGraw-Hill, p. 514 and 658, 1953.