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
Frobenius Method
المؤلف:
Arfken, G
المصدر:
Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press
الجزء والصفحة:
...
12-6-2018
2200
If is an ordinary point of the ordinary differential equation, expand
in a Taylor series about
. Commonly, the expansion point can be taken as
, resulting in the Maclaurin series
![]() |
(1) |
Plug back into the ODE and group the coefficients by power. Now, obtain a recurrence relation for the
th term, and write the series expansion in terms of the
s. Expansions for the first few derivatives are
![]() |
![]() |
![]() |
(2) |
![]() |
![]() |
![]() |
(3) |
![]() |
![]() |
![]() |
(4) |
![]() |
![]() |
![]() |
(5) |
![]() |
![]() |
![]() |
(6) |
If is a regular singular point of the ordinary differential equation,
![]() |
(7) |
solutions may be found by the Frobenius method or by expansion in a Laurent series. In the Frobenius method, assume a solution of the form
![]() |
(8) |
so that
![]() |
![]() |
![]() |
(9) |
![]() |
![]() |
![]() |
(10) |
![]() |
![]() |
![]() |
(11) |
![]() |
![]() |
![]() |
(12) |
Now, plug back into the ODE and group the coefficients by power to obtain a recursion formula for the
th term, and then write the series expansion in terms of the
s. Equating the
term to 0 will produce the so-called indicial equation, which will give the allowed values of
in the series expansion.
As an example, consider the Bessel differential equation
![]() |
(13) |
Plugging (◇) into (◇) yields
![]() |
(14) |
The indicial equation, obtained by setting , is then
![]() |
(15) |
Since is defined as the first nonzero term,
, so
. For illustration purposes, ignore
and consider only the case
(avoiding the special case
), then equation (14) requires that
![]() |
(16) |
(so ) and
![]() |
(17) |
for , 3, ..., so
![]() |
(18) |
for . Plugging back in to (◇), rearranging, and simplifying then gives the series solution that defined the Bessel function of the first kind
, which is the nonsingular solution to (◇). (Considering the case
proceeds analogously and results in the solution
.)
Fuchs's theorem guarantees that at least one power series solution will be obtained when applying the Frobenius method if the expansion point is an ordinary, or regular, singular point. For a regular singular point, a Laurent seriesexpansion can also be used. Expand in a Laurent series, letting
![]() |
(19) |
Plug back into the ODE and group the coefficients by power. Now, obtain a recurrence formula for the
th term, and write the Taylor series in terms of the
s.
REFERENCES:
Arfken, G. "Series Solutions--Frobenius' Method." §8.5 in Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, pp. 454-467, 1985.
Frobenius. "Ueber die Integration der linearen Differentialgleichungen durch Reihen." J. reine angew. Math. 76, 214-235, 1873.
Ince, E. L. Ch. 5 in Ordinary Differential Equations. New York: Dover, 1956.