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Bessel, Neumann Function(properties,Yν(x) ) CH5.5 본문

공학수학(미분방정식)/Series Solutions of ODE(급수해), Special 함수

Bessel, Neumann Function(properties,Yν(x) ) CH5.5

물리영이 2020. 12. 25. 16:53
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Bessel's Equation, Bessel's Function Ch5.4

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Bessel Function(properties) CH5.5

베셀 함수의 특징들을 알아보자.

Jν(x)(x2)νj=0(1)jj!Γ(j+ν+1)(x2)2j

 

정리1. 미분, 점화식

(a)[xνJν(x)]=xνJν1(x)

(b)[xνJν(x)]=xνJν+1(x)

(c)Jν1(x)+Jν+1(x)=2νxJν(x)

(d)Jν1(x)Jν+1(x)=2[Jν(x)]

 

베셀 방정식의 일반해:

x2y+xy+(x2ν2)y=0

Indicialequation:r2ν2=0

 

If, ν가 정수가 아니면,

Jν(x),Jν(x)are linearly independent

따라서, 

일반해:

y=c1Jν(x)+c2Jν(x)

forx0

 

If ν가 정수라면, ν=n

Jν(x),Jν(x)은 선형 종속 관계.

Jn(x)=(1)nJn(x)

그렇다면, 또 다른 해는?

Yν(x)

Second kind of Bessel Function : Yν(x)

= Neumann Function 

Yν(x)Jν(x)cosνπJν(x)sinνπ

 

따라서, 베셀 방정식의 일반해:

정리1.

y(x)=C1Jν(x)+C2Yν(x)

forx>0,forallν

 

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추가 설명, 그래프.

νν=n=0,1,2 일 때, 그래프 개형을 그려보자.

First kind Bessel Function:Jν(x)

Jν(x)(x2)νj=0(1)jj!Γ(j+ν+1)(x2)2j

베셀 함수(n=0,1,2...)

 

Second kind Bessel Function:Yν(x)

Yν(x)Jν(x)cosνπJν(x)sinνπ

 

추가 : Spherical Bessel function

x2y+2xy+(x2l(l+1))y=0

sol:

jl(x),nl(x)

{jl(x)=(x)l(1xddx)lsinxxnl(x)=(x)l(1xddx)lcosxx

 

  • jl(x)

{xl(2l+1)!!x0sin(xπl/2)xx

 

 

  • nl(x)

 {(2l1)!!xl+1x0cos(xπl/2)xx

여기서 보다시피,

nl(x)은 x=0에서 irregular 하다.

 

※ Spherical Bessel function vs Bessel function

jl(x)=π2xJl+12(x)

nl(x)=(1)l+1π2xJl12(x)

 

그래프:

Spherical Bessel function

 

Spherical Neumann function

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