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 المرجع الالكتروني للمعلوماتية
السيادة القمية Apical Dominance في البطاطس
2024-11-28
مناخ المرتفعات Height Climate
2024-11-28
التربة المناسبة لزراعة البطاطس Solanum tuberosum
2024-11-28
مدى الرؤية Visibility
2024-11-28
Stratification
2024-11-28
استخدامات الطاقة الشمسية Uses of Solar Radiation
2024-11-28

REDUCED DENSITY OPERATOR
27-3-2021
ما هو موقف الأئمّة (عليهم السلام) من قضية خلق القرآن الكريم ؟
26-1-2021
ماذا تسمى مراحل نمو الحشرات؟
25-1-2021
التحقق من بعض بيانات الشيك
12-2-2016
المفعول المطلق
17-10-2014
محمد بن إدريس بن مطر الحلي
23-1-2018

Helmholtz Differential Equation--Elliptic Cylindrical Coordinates  
  
1031   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: 13-7-2018 1597
Date: 13-7-2018 1076
Date: 13-7-2018 1420

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.