2016年8月30日火曜日
微分方程式を行列方程式に
まず正規直交関数{ϕk}∞k=1を考える。直交多項式はk=0から始まるのでほんのすこし面倒だが、ここでは正規直交関数の列を便宜的にϕk,k=1,2,3…とする。 例えば、正規直交型のルジャンドル多項式は ϕk(z)=√2k−12Pk−1(z) などとして取り扱えば良い。このような正規直交型の関数を使って関数を展開する。例えば、基底の数をnとすると F(z)=n∑k=1ckϕk(z) といった感じだ。
ここでは正規直交化された一般ラゲール関数ϕ(α)n(z)=√n!(n+α)!zα2e−z2L(α)n(z) を例にとって、その1階、2階微分を計算すると ∂ϕ(α)n(z)∂z=√n!(n+α)![(α2z−12)eα2logz−z2L(α)n(z)+eα2logz−z2(−1)L(α+1)n−1(z)]∂2ϕ(α)n(z)∂z2=√n!(n+α)![{−α2z2+(α2z−12)2}eα2logz−z2L(α)n(z)+(−αz+1)eα2logz−z2L(α+1)n−1(z)+eα2logz−z2L(α+2)n−2(z)] ここで2階の微分方程式のための演算子をˆLとでも書くと、その斉次微分方程式は ˆLF=EF というようになる。 Fを展開して ˆLF=A2∂2F∂z2+A1∂F∂z+A0F=∑kˆLckϕk=E∑kckϕk といったようになる。この演算子の行列要素を、 Ljk=∫ϕ∗jˆLϕkdz といった感じで定義する。 よって行列方程式のj行目は n∑k=1Ljkck=Ecj,(j=1,2,…,n) となって連立方程式を解くことになる。基底の数 n と連立方程式の数は同じである。
ラベル:
Mathematics
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