I 80
Pierwszy składnik powyższego równania zależy tylko od r, pozostałe od 0. Można więc dokonać podstawienia
I 80
R dr
i otrzymać rozwiązanie ogólne w postaci
R{r)=B]f-n +
= n(n +1),
(11-44)
(H-45)
dające się sprawdzić przez podstawienie równania (11-44) do (11-43) i pomnożenie przez D(Q). Otrzymuje się wtedy
(II-46)
Rozwiązaniami tego ważnego równania różniczkowego są funkcje kuliste. Jako równanie różniczkowe drugiego rzędu ma ono dwa liniowo niezależne rozwiązania np. tzw. przyporządkowane funkcje kuliste pierwszego i drugiego rodzaju. Rozwiązanie przyjmuje skończone wartości dla całej kuli tylko dla pierwszego rodzaju tzn. dla wszystkich wartości kąta 0. Natomiast dla drugiego rodzaju, tzn. dla biegunów 0=0 i 0=# rozwiązania przyjmują wartości dążące do nieskończoności. Dla zadań zawierających bieguny należy wykluczyć więc funkcje drugiego rodzaju. Dlatego zagadnienia brzegowe, dla których istnieją bieguny 0=0 i 0=# nie będą omawiane. Opisane zostaną więc tylko przyporządkowane funkcje kuliste pierwszego rodzaju. Mają one wartości skończone tylko dla całkowitych n i oznacza się je symbolem P™
a dla przypadku m—0
Bardzo często wprowadza się zmienną nazywają się funkcjami kulistosferycznymi. Taką samą nazwę będą nosiły funkcje typu
(11-54)
Ul
Równanie (11-46) przyjmuje wtedy postać
1+
n(n +1)-
m
l-£
Funkcje
Nazwa ta wskazuje na to, że dla stałego r przy zmianach kątów 0 i (p, zostaną ujęte wszystkie punkty na kuli. Różne rodzaje funkcji kulisto-sferycznych są wszystkimi rozwiązaniami równania różniczkowego
1
sin©
v
dG
+
n(n +1) +
1
które powstaje z równania (11-40) jeżeli wydzieli się na początku składnik zależny od r.
P™ można przedstawić wtedy w następujący sposób:
('-i’)1 | |
O ^ |
JC n+ttJ ^ |
Otrzymuje się wtedy najprostsze funkcje kuliste
P„° =/>(,=!
.0
Pl = ^ = <J = COS0
(11-57)
itd.