Laplas operatorining silindrik va sferik individual topshiriqlarini bajarish

Laplas operatorining silindrik va sferik individual topshiriqlarini bajarish
Bizga ma’lumki, 

d eb belgilaymiz va Laplas operatori deyiladi.

Laplas tenglamasi deyiladi.
Laplas tenglamasi silindrik va sferik koordinatalarda mos ravishda quyidagi ko’rinishda bo’ladi

  

silindrik koordinatalar sistemasida (1.14) ning yechimi Bessel funksiyalarini, (1.15) tenglamani sferik koordinatlar sistemasidagi yechimi sferik funksiyadan iborat bo’ladi.

M a’lumki, ekart koordinatalar sistemasida

ko’rinishda bo’ladi.

Silindrik koordinatalarda


sferik koordinatalarda esa

ko’rinishda bo’ladi.
Dekart koordinatalar sistemasi а=а_хi + а_уj + а_zk da vector maydon divergensiyasi

 
ko’rinishda bo’ladi.
Silindrik va sferik koordinatalarda а vector maydon divergensiyasi mos ravishda quyidagi

ko’rinishda bo’ladi.

Dekart koordinatalar sistemasi а=а_хi + а_уj + а_zk da vector maydon divergensiyasi

 
ko’rinishda bo’ladi.
Silindrik va sferik koordinatalarda а vector maydon divergensiyasi mos ravishda quyidagi

ko’rinishda bo’ladi.

Laplas tenglamasining qutb koordinatalar sistemasida ko’rinishi ifodalash uchun matematik analiz kursidan ma’lum bo’lgan  Dekart koordinatalar sistemasidan egri chiziqli  qutb koordinatalar sistemasiga o’tish formulalari

 (1.16)
ko’rinishga o’tish zarur. Bunda  - koordinata boshidan berilgan  nuqtagacha masofa bo’lib, uni odatda nuqtaning radius vektori deyiladi,  - esa OX o’qining musbat yo’nalishi bilan nuqtaning radius vektori orasidagi (soat strelkasi harakatiga teskari yo’nalishda aniqlangan) burchak bo’lib, uni odatda berilgan nuqtaning bosh argumenti deyiladi.



deb belgilaymiz.
Aytilganlarga asosan  bo’lganda (1.16) o’zaro bir qiymatli akslantirish bo’lib, unga mos teskari almashtirishlar quyidagicha aniqlanadi [4]:

. (1.17)
koordinatalar sistemasida Laplas tenglamasining ko’rinishini topish uchun dastlab birinchi tartibli  va  xususiy hosilalarni hisoblaymiz:


,

.
Bu xususiy hosilalar yordamida Laplas tenglamasi uchun kerakli bo’lgan ikkinchi tartibli  va  xususiy hosilalarni hisoblaymiz:






.



.
Topilgan bu ifodalarni  , ya’ni  Laplas tenglamsiga qo’yib, uning qutb koordinatalardagi ko’rinishini olamiz:




.
Ushbu tenglamani soddalashtirsak u quyidagi tenglamaga teng kuchli bo’ladi:


.
Agar differensiallah uchun



tenglikning o’rinli ekanligini hisobga olsak yuqoridagi tenglamani


(1.18)
ko’rinshda yozish mumkin bo’ladi. Odatda (1.18) tenglama Laplas tenglamasining qutb koordinatalar sistemasidagi tasviri hisoblanadi.
Koshi-Riman shartining qutb koordinatalar orqali ifodasini ko’rsatamiz. Buning uchun  ,  ,  ,  ,  ,  deb olib,  funksiyaning moduli va argumenti orqali ifodalaymiz. U holda,
a)  funksiya  ,  ga nisbatan differensiallanuvchi bo’ladi.
b)  ,  funksiyalar Koshi-Riman

, 
sistemani qanoatlantiradi. Buni isbotlash uchun hosilalarni hisoblaymiz, bunda (1.5) sistemadan foydalanib:



= ,  .
yuqoridagi sistemani bajarilishi isbot bo’ldi.