Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://wasp.phys.msu.ru/forum/lofiversion/index.php?t16756.html
Дата изменения: Unknown
Дата индексирования: Mon Apr 11 15:21:07 2016
Кодировка: Windows-1251
Студенческий форум Физфака МГУ > Вариации на тему уравнения Бесселя
Помощь - Поиск - Пользователи - Календарь
Полная версия этой страницы: Вариации на тему уравнения Бесселя
Студенческий форум Физфака МГУ > Наука физика > Есть проблема
Andre
Буду признателен, если кто-нибудь подскажет решение уравнения
y''+\frac1x y' + \left(1+\frac{\nu^2}{x^2}\right)y=0.
Особенно интересно поведение решений в асимптотике при малых и больших значениях аргумента. Буду рад ссылкам на литературу. Maple выдает ответ в виде функции Бесселя чисто мнимого индекса.

Очень удивлен: это почти уравнение Бесселя, но, перерыв несколько справочников по диффурам, я не нашел ни одного упоминания этого уравнения. Я чего-то не понимаю? scratch_one-s_head.gif
ivandasch
http://eqworld.ipmnet.ru/en/solutions/ode/ode0215.pdf
P.S. А в Камке смотрел?
tkm
Ответ дан. Советую обращаться к Абрамовицу Стигану ("Справочник по спецфункциям") в таких случаях. J - функция Бесселя, Y - функция Неймана, асимптотики для них можете посмотреть хотя бы в Тихонове Самарском.
Асимптотики, на самом деле, пропорциональны x^(-1/2) и умножить на косинус или синус.
А, кстати, где такая задача возникла - не в классической теории поля?
Gec
А что мешает провести стандартную процедуру, как учили в ММФ? То есть выделить осебенность в виде \exp(\pm i\nu \ln(x) ), умножить ее на предположительно сходящийся ряд и получить в результате, что ряд на самом деле сходится. С асимптотикой на бесконечности, конечно, вопрос, зато понятно, что в нуле действительные решения имеют особенность вида \cos(\nu\ln(x)), \sin(\nu\ln(x)).
tkm
А что там с асимптотикой на бесконечности? В косинус или синус подставляете мнимый индекс, и получается экспонента от х? Разве не так? Лень думать 193.gif
Gec
Вообще говоря в асимптотику, полученную для действительных значений параметра, нельзя подставлять комплексные значения. не знаю так ли это в данном случае, но простой пример придумать легко. Хотя бы вот : для положительных \nu, x имеем асимптотику на бесконечности
\ch(\nu x)\sim \frac{e^{\nu x}}2.
Заменяя \nu на i\nu получим неправильное
\cos(\nu x)\sim \frac{e^{i\nu x}}2
Может быть не очень удачно, но суть дела, мне кажется, отражает.
tkm
Может Вы и правы, надо над этим подумать.
P.S. Ваш пример мне кажется не очень убедительным потому, что особых "неправильностей" то нет: косинус как то осциллирует на бесконечности, но и экспонента ведет себя также (вернее ее действительная и мнимая части). Однако, как не старался, обнаружить асимптотику для функций Бесселя с чисто мнимым индексом в справочниках, как и автор темы, так и не смог. Пойду спрошу математиков. console.gif
Gec
tkm, у вас, наверное, "опечатка". Чисто мнимый - индекс, а не аргумент.
tkm
Ага, опечатка.
Termoyad
Уважаемый Andre, это действительно уравнение цилиндрических функций чисто мнимого индекса. Его общее решение можно представить, например, в виде линейной комбинации функций Ханкеля:
y(x)=C_1 H^{(1)}_{i\nu}(x)+C_2 H^{(2)}_{i\nu}(x).
Ничто не запрещает индексу функций Ханкеля принимать комплексные значения. Теперь, вспоминая асимптотику функций Ханкеля при |x|\rightarrow\infty (она выводится без предположения, что \nu - вещественное), получим
H^{(1)}_{i\nu}(x)\sim\sqrt{\frac{2}{\pi x}}e^{ix+\nu\pi/2-i\pi/4},
H^{(2)}_{i\nu}(x)\sim\sqrt{\frac{2}{\pi x}}e^{-ix-\nu\pi/2+i\pi/4}.
При x\rightarrow 0 возьмем в качестве общего решения линейную комбинацию функций Бесселя и Неймана. Рассмотрев их асимптотики в нуле, получим ответ, данный Gec, + добавки более высокого порядка малости.
Вообще про цилиндрические функции и не только неплохо написано в книге Никифорова, Уварова "Специальные функции математической физики", хотя есть и специальные монографии по цилиндрическим фукнциям.
Andre
2 Gec
Цитата(Gec @ 5.10.2009, 11:43) *
А что мешает провести стандартную процедуру, как учили в ММФ?
Извините, не помню. О каком ряде идет речь?

Асимптотика на бесконечности есть в книжке Бейтмана 'Высшие трансцендентные функции', том 2, с. 101.
Gec
Цитата(Andre @ 6.10.2009, 0:06) *
Извините, не помню. О каком ряде идет речь?

Ищем решение в виде ряда
y=x^a\sum_{n=0}^\infty c_n x^n.
Подстановка ряда в уравнение даст соотношения, которым должны удовлетворять коэффициенты:
((a+n)^2+\nu^2)c_n+c_{n-2}=0.
Так как c_{-2}=0 (мы допускаем ряд бесконечный только в одну сторону), то получаем a=\pm i \nu и
c_n=-\frac{c_{n-2}}{n(n\pm 2i\nu)}
Рекуррентное соотношение определяет коэффициенты по первому c_0, в результате ряд сходится абсолютно при всех x.
V.V.
Рассмотрим уравнение $y''+(1+\varphi(x))y=0,\qquad \varphi(x)\in C_{[x_0,+\infty)}. $

Имеет место первая теорема о синусоидальной асимптотике

Пусть $\int\limits_{x_0}^{+\infty} |\varphi(x)|dx<+\infty$. Тогда существует фундаментальная система решений $y_1(x)$, $y_2(x)$ уравнения, допускающая при $x\to+\infty$ асимптотическое представление вида
$y_1=\sin{x}+{\cal O}\biggl(\int\limits_x^{+\infty} |\varphi(t)|dt\biggr),\qquad y_2=\cos{x}+{\cal O}\biggl(\int\limits_x^{+\infty} |\varphi(t)|dt\biggr).$
При этом
$y'_1=\cos{x}+{\cal O}\biggl(\int\limits_x^{+\infty} |\varphi(t)|dt\biggr),\qquad y'_2=-\sin{x}+{\cal O}\biggl(\int\limits_x^{+\infty} |\varphi(t)|dt\biggr)$,
т.е. имеет место синусоидальная асимптотика решений.

Рассмотрим теперь уравнение
$x^2y''+xy'+(x^2+\nu^2)y=0$.
Сделаем замену $y=z/\sqrt{x}$, получим
$z''+\left(1+\frac{1/4+\nu^2}{x^2}\right)z=0$.

Таким образом,
$z_1(x)=\sin{x}+{\cal O}\biggl(\frac{1}{x}\biggr),\quad z_2(x)=\cos{x}+{\cal O}\biggl(\frac{1}{x}\biggr).$
$y_1(x)=\frac{\sin{x}}{\sqrt{x}}+{\cal O}\biggl(\frac{1}{x\sqrt{x}}\biggr),\quad y_2(x)=\frac{\cos{x}}{\sqrt{x}}+{\cal O}\biggl(\frac{1}{x\sqrt{x}}\biggr).$
Homo Sovieticus
Цитата(tkm @ 5.10.2009, 11:12) *
А, кстати, где такая задача возникла - не в классической теории поля?

В квантовомеханической теории рассеяния smile.gif

2 V.V.

Для того, чтобы написать формулу, нужно вместо $ использовать кнопку "Формула".
Для просмотра полной версии этой страницы, пожалуйста, пройдите по ссылке.
Русская версия IP.Board © 2001-2016 IPS, Inc.