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 :

Laplacian

المؤلف:  Arfken, G

المصدر:  Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, 1985.

الجزء والصفحة:  ...

21-7-2018

1594

Laplacian

The Laplacian for a scalar function phi is a scalar differential operator defined by

(1)

where the h_i are the scale factors of the coordinate system (Weinberg 1972, p. 109; Arfken 1985, p. 92).

Note that the operator  is commonly written as Delta by mathematicians (Krantz 1999, p. 16).

The Laplacian is extremely important in mechanics, electromagnetics, wave theory, and quantum mechanics, and appears in Laplace's equation

(2)

the Helmholtz differential equation

(3)

the wave equation

(4)

and the Schrödinger equation

(5)

The analogous operator obtained by generalizing from three dimensions to four-dimensional spacetime is denoted  square ^2and is known as the d'Alembertian. A version of the Laplacian that operates on vector functions is known as the vector Laplacian, and a tensor Laplacian can be similarly defined. The square of the Laplacian  is known as the biharmonic operator.

A vector Laplacian can also be defined, as can its generalization to a tensor Laplacian.

The following table gives the form of the Laplacian in several common coordinate systems.

coordinate system
Cartesian coordinates
cylindrical coordinates
parabolic coordinates
parabolic cylindrical coordinates
spherical coordinates

The finite difference form is

(6)

For a pure radial function g(r),

=

(7)

=

(8)

=

(9)

Using the vector derivative identity

(10)

so

=

(11)

=

(12)

=

(13)

Therefore, for a radial power law,

=

(14)

=

(15)

=

(16)

An identity satisfied by the Laplacian is

(17)

where ||A||_(HS) is the Hilbert-Schmidt norm, x is a row vector, and A^(T) is the transpose of A.

To compute the Laplacian of the inverse distance function 1/r, where , and integrate the Laplacian over a volume,

(18)

This is equal to

=

(19)

=

(20)

=

(21)

=

(22)

=

(23)

where the integration is over a small sphere of radius R. Now, for r>0 and R->0, the integral becomes 0. Similarly, for r=R and R->0, the integral becomes -4pi. Therefore,

(24)

where delta(x) is the delta function.


REFERENCES:

Arfken, G. Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, 1985.

Moon, P. and Spencer, D. E. Field Theory Handbook, Including Coordinate Systems, Differential Equations, and Their Solutions, 2nd ed. New York: Springer-Verlag, 1988.

SeeAlso

Antilaplacian, Biharmonic Operator, d'Alembertian, Helmholtz Differential Equation, Laplace's Equation, Schrödinger Equation, Tensor Laplacian, Vector Laplacian, Wave Equation

References

Arfken, G. Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, 1985.

Krantz, S. G. Handbook of Complex Variables. Boston, MA: Birkhäuser, p. 16, 1999.

Moon, P. and Spencer, D. E. Field Theory Handbook, Including Coordinate Systems, Differential Equations, and Their Solutions, 2nd ed. New York: Springer-Verlag, 1988.

Weinberg, S. Gravitation and Cosmology: Principles and Applications of the General Theory of Relativity. New York: Wiley, 1972.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي