1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

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

الرياضيات : المعادلات التفاضلية و التكاملية : معادلات تفاضلية : المعادلات التفاضلية الجزئية :

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

Laplace's Equation--Spherical Coordinates

In spherical coordinates, the scale factors are h_r=1h_theta=rsinphih_phi=r, and the separation functions are f_1(r)=r^2f_2(theta)=1f_3(phi)=sinphi, giving a Stäckel determinant of S=1.

The Laplacian is

(1)

To solve Laplace's equation in spherical coordinates, attempt separation of variables by writing

 F(r,theta,phi)=R(r)Theta(theta)Phi(phi).

(2)

Then the Helmholtz differential equation becomes

(3)

Now divide by RThetaPhi,

(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 m=-infty, ..., infty

(7)

or as a sum of real sine and cosine functions with m=-infty, ..., infty

(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 r. For the r^c term (with n=0),

 c(c+1)=l(l+1),

(16)

which is true only if c=l,-l-1 and all other terms vanish. So a_n=0 for n!=l-l-1. Therefore, the solution of the R component is given by

(17)

Plugging (17) back into (◇),

(18)

(19)

which is the associated Legendre differential equation for x=cosphi and m=0, ..., l. 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 P_l^m can be absorbed by S_m and C_m, so this equation may appear in the form

(23)

where

 Y_l^(m(o))(theta,phi)=P_l^m(cosphi)sin(mtheta)

(24)

(25)

are the even and odd (real) spherical harmonics. If azimuthal symmetry is present, then Theta(theta) is constant and the solution of the Phi component is a Legendre polynomial P_l(cosphi). 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.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي