Laplaceova jednačina

Izvor: testwiki
Prijeđi na navigaciju Prijeđi na pretragu

Laplasova jednačina' je eliptička parcijalna diferencijalna jednačina drugoga reda oblika:

2φ=0

Rešenja Laplasove jednačine su harmoničke funkcije. Laplasova jednačina je značajna u matematici, elektromagnetizmu, astronomiji i dinamici fluida.

Definicija

U tri demenzije Laplasiva jednačina može da se prikaže u različitim koordinatnim sistemima. U kartezijevom koordinatnom sistemu je oblika:

Δf=2fx2+2fy2+2fz2=0.

U cilindričnom koordinatnom sistemu je:

Δf=1rr(rfr)+1r22fϕ2+2fz2=0

U sfernom koordinatnom sistemu je:

Δf=1ρ2ρ(ρ2fρ)+1ρ2sinθθ(sinθfθ)+1ρ2sin2θ2fφ2=0.

U zakrivljenom koordinatnom sistemu je:

Δf=ξi(fξkgki)+fξjgjmΓmnn=0,

ilir

Δf=1|g|ξi(|g|gijfξj)=0,(g=det{gij}).

Dvodimenzionalni sistem

U polarnom koordinatnom dvodimenzionalnom sistemu je oblika:

1rr(rur)+1r22uϕ2=0

U dvodimenzionalnom kartezijevom sistemu je:

2ux2+2uy2=0

Grinova funkcija

Laplasova jednačina se često rešava uz pomoć Grinove funkcije i Grinova teorema:

V(ϕ2ψψ2ϕ)dV=S(ϕψψϕ)dσ^.

Definicija Grinove funkcije je:

2G(x,x)=δ(xx).

Uvrstimo u Grinov teorem ψ=G pa dobijamo:

V[ϕ(x)δ(xx)G(x,x)2ϕ(x)] d3x=S[ϕ(x)G(x,x)G(x,x)ϕ(x)]dσ^.

Sada možemo da rešimo Laplasovu jednačinu 2ϕ(x)=0 u slučaju Nojmanovih ili Dirihleovih rubnih uslova. Uzimajući u obzir:

Vϕ(x)δ(xx) d3x=ϕ(x)

pa se jednačina svodi na:

ϕ(x)=VG(x,x)ρ(x) d3x+S[ϕ(x)G(x,x)G(x,x)ϕ(x)]dσ^.

Kada nema rubnih uslova Grinova funkcija je:

G(x,x)=1|xx|.

Literatura

  • Sommerfeld A, Partial Differential Equations in Physics, New York: Academic Press (1949)
  • Korn GA and Korn TM. (1961) Mathematical Handbook for Scientists and Engineers, McGraw-Hill.
  • Morse PM, Feshbach H . Methods of Theoretical Physics, Part I. New York:. Šablon:Page1
  • Laplasova jednačina