第十四章 球函数
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Legendre 方程和连带 Legendre 方程
Helmholtz 方程在球坐标系下分离变量, 即可得连带 Legendre 方程
以及它的特殊情形, Legendre 方程
做变换
和
Legendre 多项式
本征值问题
的解是
Legendre 多项式的主要性质
微分表示 (Rodrigues 公式)
生成函数
Legendre 多项式的生成函数是
规定多值函数
递推关系
Legendre 多项式的主要递推关系有
把这些递推关系重新组合, 还能给出其他形式的递推关系.
正交完备性
正交性
不同次数的 Legendre 多项式在区间
Legendre 多项式的模方
把
其中
通过变换
即
中本征值
Legendre 多项式的完备性
任意一个在区间
其中的展开系数
连带 Legendre 函数
本征值问题
的解是
球面调和函数
定义
球面调和函数来自本征值问题
此本征值问题的本征值为
而对应于一个本征值
或者组合成
其中
这些本征函数, 统称为球面调和函数, 或球谐函数.
在此基础上, 就可以写出球内 Laplace 方程边值问题
的一般解
正交性
球面调和函数的模方
(归一化的) 球面调和函数
相应的正交归一关系为