新闻资讯
看你所看,想你所想

第二类贝塞尔函式

第二类贝塞尔函式

第二类贝塞尔函式

第二类贝塞尔函式(Bessel function of the second kind ),亦称诺伊曼函式(Neumann function),为贝塞尔方程的第二解,与第一类贝塞尔函式线性无关,且可由第一类贝塞尔函式的定义在除去负实轴(-∞,0)的z平面上单值解析。

基本介绍

  • 中文名:第二类贝塞尔函式
  • 外文名:Bessel function of the second kind
  • 别称:诺依曼函式
  • 特点:与第一类贝塞尔函式线性无关
  • 一级学科:数学
  • 二级学科:特殊函式

历史

贝塞尔函式的几个正整数阶特例早在18世纪中叶就由瑞士数学家丹尼尔·伯努利在研究悬链振动时提出了,当时引起了数学界的兴趣。丹尼尔的叔叔雅各布·伯努利,欧拉、拉格朗日等数学大师对贝塞尔函式的研究作出过重要贡献。1817年,德国数学家贝塞尔在研究克卜勒提出的三体引力系统的运动问题时,第一次系统地提出了贝塞尔函式的总体理论框架,后人以他的名字来命名了这种函式。

现实背景和套用範围

贝塞尔方程是在圆柱坐标或球坐标下使用分离变数法求解拉普拉斯方程和亥姆霍兹方程时得到的(在圆柱域问题中得到的是整阶形式 α =n;在球形域问题中得到的是半奇数阶形式 α =n+½),因此贝塞尔函式在波动问题以及各种涉及有势场的问题中占有非常重要的地位,最典型的问题有:
(1)在圆柱形波导中的电磁波传播问题;
(2)圆柱体中的热传导问题;
(3)圆形(或环形)薄膜的振动模态分析问题;
在其他一些领域,贝塞尔函式也相当有用。譬如在信号处理中的调频合成(FM synthesis)或凯泽窗(Kaiser window)的定义中,都要用到贝塞尔函式。

第二类贝塞尔函式

贝塞尔方程是一个二阶常微分方程
第二类贝塞尔函式第二类贝塞尔函式
必然存在两个线性无关的解。针对各种具体情况,人们提出了表示这些解的不同形式。
第二类贝塞尔函式(Bessel function of the second kind )亦称诺伊曼函式,下文有时会简称为Y函式,记作Yα
第二类贝塞尔函式也许比第一类更为常用。 这种函式通常用Yα(x)表示,它们是贝塞尔方程的另一类解。x= 0 点是第二类贝塞尔函式的(无穷)奇点。
Yα(x)又被称为诺依曼函式(Neumann function),有时也记作Nα(x)。它和Jα(x)存在如下关係:
若α为整数(此时上式是0/0型未定式)则取右端的极限值。
0阶、1阶和2阶第二类贝塞尔函式(贝塞尔Y 函式)曲线图0阶、1阶和2阶第二类贝塞尔函式(贝塞尔Y 函式)曲线图
从前面对Jα(x)的定义可以知道,若α不为整数时,定义Yα是多余的(因为贝塞尔方程的两个线性无关解都已经用 J 函式表示出来了)。另一方面,若α为整数,Yα便可以和Jα构成贝塞尔方程的一个解系。与 J 函式类似,Y函式正负整数阶之间也存在如下关係:
Jα(x)和Yα(x)均为沿负实半轴割开的複平面内关于x的全纯函式。当α为整数时,複平面内不存在贝塞尔函式的支点,所以JY均为x的整函式。若将x固定,则贝塞尔函式是α的整函式。右图所示为0阶、1阶和2阶第二类贝塞尔函式Yα(x)的曲线(α = 0,1,2)。

渐近形式

第二类贝塞尔函式在α非负时具有下面的渐近形式。当自变数x为小量,即
时,有:
式中γ为欧拉-马歇罗尼常数(也叫欧拉常数,等于 0.5772156649...),Γ 为 Γ 函式。对于很大的x,即
时,渐近形式为:

转载请注明出处海之美文 » 第二类贝塞尔函式

相关推荐

    声明:此文信息来源于网络,登载此文只为提供信息参考,并不用于任何商业目的。如有侵权,请及时联系我们:ailianmeng11@163.com