المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
مسائل في زكاة الفطرة
2024-11-06
شروط الزكاة وما تجب فيه
2024-11-06
آفاق المستقبل في ضوء التحديات
2024-11-06
الروايات الفقهيّة من كتاب علي (عليه السلام) / حرمة الربا.
2024-11-06
تربية الماشية في ألمانيا
2024-11-06
أنواع الشهادة
2024-11-06


Helmholtz Differential Equation--Elliptic Cylindrical Coordinates  
  
997   02:50 مساءً   date: 18-7-2018
Author : Abramowitz, M. and Stegun, I. A
Book or Source : "Mathieu Functions." Ch. 20 in Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover
Page and Part : ...


Read More
Date: 23-7-2018 853
Date: 21-7-2018 1909
Date: 23-7-2018 1359

Helmholtz Differential Equation--Elliptic Cylindrical Coordinates

In elliptic cylindrical coordinates, the scale factors are h_u=h_v=sqrt(sinh^2u+sin^2v)h_z=1, and the separation functions are f_1(u)=f_2(v)=f_3(z)=1, giving a Stäckel determinant of S=(sin^2v+sinh^2u). The Helmholtz differential equation is

 1/(sinh^2u+sin^2v)((partial^2F)/(partialu^2)+(partial^2F)/(partialv^2))+(partial^2F)/(partialz^2)+k^2F=0.
(1)

Attempt separation of variables by writing

 F(u,v,z)=U(u)V(v)Z(z),
(2)

then the Helmholtz differential equation becomes

 Z/(sinh^2u+sin^2v)(V(d^2U)/(du^2)+U(d^2V)/(dv^2))+UV(d^2Z)/(dz^2)+k^2UVZ=0.
(3)

Now divide by UVZ to give

 1/(sinh^2u+sin^2v)(1/U(d^2U)/(du^2)+1/V(d^2V)/(dv^2))+1/Z(d^2Z)/(dz^2)+k^2=0.
(4)

Separating the Z part,

 1/Z(d^2Z)/(dz^2)=-(k^2+m^2) 
1/(sinh^2u+sin^2v)(1/U(d^2U)/(du^2)+1/V(d^2V)/(dv^2))=m^2,
(5)

so

 (d^2Z)/(dz^2)=-(k^2+m^2)Z,
(6)

which has the solution

 Z(z)=A_(km)cos(sqrt(k^2+m^2)z)+B_(km)sin(sqrt(k^2+m^2)z).
(7)

Rewriting (◇) gives

 (1/U(d^2U)/(du^2)-m^2sinh^2u)+(1/V(d^2V)/(dv^2)-m^2sin^2v)=0,
(8)

which can be separated into

1/U(d^2U)/(du^2)-m^2sinh^2u = c
(9)
c+1/V(d^2V)/(dv^2)-m^2sin^2v = 0,
(10)

so

 (d^2U)/(du^2)-(c+m^2sinh^2u)U=0
(11)
 (d^2V)/(dv^2)+(c-m^2sin^2v)V=0.
(12)

Now use

 sinh^2u=1/2[cosh(2u)-1]
(13)
 sin^2v=1/2[1-cos(2v)]
(14)

to obtain

 (d^2U)/(du^2)-{c+1/2m^2[cosh(2u)-1]}U=0
(15)
 (d^2V)/(dv^2)+{c-1/2m^2[1-cos(2v)]}V=0.
(16)

Regrouping gives

 (d^2U)/(du^2)-[(c-1/2m^2)+1/2m^2cosh(2u)]U=0
(17)
 (d^2V)/(dv^2)+[(c-1/2m^2)+1/2m^2cos(2v)]V=0.
(18)

Let a=c-m^2/2 and q=-m^2/4, then these become

 (d^2V)/(dv^2)+[a-2qcos(2v)]V=0
(19)
 (d^2U)/(du^2)-[a-2qcosh(2u)]U=0.
(20)

Here, (19) is the mathieu differential equation and (20) is the modified mathieu differential equation. These solutions are known as mathieu functions.

 


REFERENCES:

Abramowitz, M. and Stegun, I. A. (Eds.). "Mathieu Functions." Ch. 20 in Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover, pp. 721-746, 1972.

Moon, P. and Spencer, D. E. Field Theory Handbook, Including Coordinate Systems, Differential Equations, and Their Solutions, 2nd ed.New York: Springer-Verlag, pp. 17-19, 1988.

Morse, P. M. and Feshbach, H. Methods of Theoretical Physics, Part I. New York: McGraw-Hill, pp. 514 and 657, 1953.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.