Математика / Научная работа: Вычисление радиальных функций Матье-Ханкеля

Научная работа: Вычисление радиальных функций Матье-Ханкеля

Вычисление радиальных функций матье-ханкеля

Н.И. Волвенко, V курс, Институт математики и компьютерных наук ДВГУ, Т.В. Пак – научный руководитель, доцент, к.ф.-м.н., и.о. зав. кафедрой КТ

Функции Матье, в отличие от широко известных специальных функций, таких как полиномы Лежандра, функции Бесселя и Неймана, изучены ещё недостаточно полно. Почти все используемые методы расчёта связаны с разложением в ряды по более простым цилиндрическим и т.п. функциям. Недостаток таких методов в том, что они достаточно громоздки и имеют ограниченную применимость.

Функции Матье возникают при разделении переменных в уравнении Гельмгольца:

, (1)

где - некоторая вещественная положительная константа и - оператор Лапласа.

Эллиптические координаты , допускающие разделение переменных связаны с декартовыми: ,.

Полагая в методе разделения переменных, получаем уравнения:

, ,

где - константа разделения. Эти уравнения являются вариантами уравнений Матье.

Дифференциальное уравнения Матье имеет вид

, (2)

где обычно переменная имеет вещественное значение, а - заданный вещественный ненулевой параметр.

Собственные значения и граничные условия

(3)

соответствуют чётным функциям Матье , а собственные значения и граничные условия

(4)

нечётным функциям Матье

В силу свойств симметрии уравнение (2) имеет 4 типа периодических решений, называемых функциями Матье 1-ого рода: чётную π-периодическую, чётную 2π-периодическую, нечётную 2π-периодическую, нечётную π-периодическую функции, которые чаще всего обозначаются таким образом: , , , .

Собственные значения , отвечающие функциям , , , , обозначаются через , , , .

Модифицированное уравнение Матье

(5)

получается из уравнения Матье (2) подстановкой . В зависимости от того, будет в (5) или , это уравнение имеет либо решение , либо решение , которые являются соответственно чётной и нечётной функциями от ξ.