Сферические функции. Пальцев Б.В. - 51 стр.

UptoLike

Составители: 

Рубрика: 

Таким образом, ограниченность bu
m
l
(ρ) на (0,R] установлена.
Обратимся теперь к формуле (82) для bu
m
l
(ρ). Если бы ко-
эффициент c
m
2;l
не обращался бы в нуль, тогда, поскольку (l +
+ 1) 6 1, l > 0, мы бы имели, что bu
m
l
(ρ) при ρ 0,
что противоречит только что установленной ограниченности
функции bu
m
l
(ρ). Поэтому
bu
m
l
(ρ) = c
m
1;l
ρ
l
.
Подставляя это выражение в граничное условие (85), опреде-
ляем постоянную c
m
1;l
:
c
m
1;l
=
a
m
l
R
l
.
Окончательно приходим к следующему выражению для реше-
ния задачи Дирихле в шаре (в сферической системе)
bu(ρ,θ,ϕ) =
X
l=0
l
X
m=l
a
m
l
ρ
R
l
·
b
Y
m
l
(θ).
Задача Дирихле во внешности шара радиуса r > 0
В уравнении (74) областью теперь является множество
= {x : |x| > r}. При этом ищется решение u(x), стремящееся
к нулю на бесконечности
u(x) 0 при |x| (88)
и удовлетворяющее граничному условию
u|
Γ
= u
0
(x), Γ = = {x : |x| = r}. (89)
Совершенно аналогично уже рассмотренным случаям полу-
чаем, что решение этой задачи имеет представление (в сфери-
ческой системе) (76), где коэффициенты bu
m
l
(ρ) являются реше-
ниями на полубесконечном интервале (r, + ) уравнений (80)
и удовлетворяют граничному условию
bu
m
l
(r) = a
m
l
, (90)
51
Таким образом, ограниченность u bm
                                 l (ρ) на (0,R] установлена.
   Обратимся теперь к формуле (82) для u   bm
                                            l (ρ). Если бы ко-
            m
эффициент c2;l не обращался бы в нуль, тогда, поскольку −(l +
+ 1) 6 −1, l > 0, мы бы имели, что u  bm
                                       l (ρ) → ∞ при ρ → 0,
что противоречит только что установленной ограниченности
        bm
функции u l (ρ). Поэтому
                        bm
                        u          m l
                          l (ρ) = c1;l ρ .
Подставляя это выражение в граничное условие (85), опреде-
ляем постоянную cm1;l :
                                  am
                          cm
                           1;l =    l
                                       .
                                  Rl
Окончательно приходим к следующему выражению для реше-
ния задачи Дирихле в шаре (в сферической системе)
                        ∞ X
                        X    l         ρ l
           u
           b(ρ,θ,ϕ) =            am
                                  l          · Yblm (θ,ϕ).
                                        R
                       l=0 m=−l

Задача Дирихле во внешности шара радиуса r > 0
   В уравнении (74) областью Ω теперь является множество
Ω = {x : |x| > r}. При этом ищется решение u(x), стремящееся
к нулю на бесконечности
                  u(x) → 0     при     |x| → ∞            (88)
и удовлетворяющее граничному условию
             u|Γ = u0 (x), Γ = ∂Ω = {x : |x| = r}.        (89)
   Совершенно аналогично уже рассмотренным случаям полу-
чаем, что решение этой задачи имеет представление (в сфери-
                                       bm
ческой системе) (76), где коэффициенты u l (ρ) являются реше-
ниями на полубесконечном интервале (r, + ∞) уравнений (80)
и удовлетворяют граничному условию
                         bm
                         u          m
                           l (r) = al ,                   (90)


                                                           51