2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки


Правила форума


Посмотреть правила форума



Начать новую тему Ответить на тему
 
 Коэффициенты Ламе
Сообщение10.06.2018, 22:53 


01/09/14
357
Проверьте, пожалуйста, решение.

Задача:
Представить оператор Лапласа в параболоидальных координатах.
$$\left\{
\begin{array}{rcl}
x &= \sqrt{\xi\eta} \cos{\varphi};& \\
y &=\sqrt{\xi\eta} \sin{\varphi};& \\
z &=\dfrac{1}{2} (\xi - \eta) .&\\
\end{array}
\right.$$

Решение:
Для того, чтобы удобнее было пользоваться коэффициентами Ламе обозначу переменные таким образом:
$$
q_1 = \xi, q_2 = \eta, q_3 = \varphi.
$$
А функции $x$, $y$ и $z$ как $\omega_1$, $\omega_2$ и $\omega_3$ соответственно.
Общая формула оператора Лапласа в криволинейных координатах следующая:
$$
\Delta u = \dfrac {1} {H_1 H_2 H_3} \left[ \dfrac {\partial} {\partial q_1} \left( \dfrac {H_2 H_3} {H_1} \dfrac {\partial u} {\partial q_1} \right) + \dfrac {\partial} {\partial q_2} \left( \dfrac {H_1 H_3} {H_2} \dfrac {\partial u} {\partial q_2} \right) + \dfrac {\partial} {\partial q_3} \left( \dfrac {H_2 H_1} {H_3} \dfrac {\partial u} {\partial q_3} \right)\right].
$$
Здесь $$H_i^2 = \left( \dfrac {\partial \omega_1} {\partial q_i}\right)^2 + \left( \dfrac {\partial \omega_2} {\partial q_i}\right)^2 + \left( \dfrac {\partial \omega_3} {\partial q_i}\right)^2.$$
Вычисляю частные производные:
$$\dfrac {\partial \omega_1} {\partial q_1} = \dfrac {\partial (\sqrt {\xi \eta} \cos {\varphi}) } {\partial \xi} = \dfrac {1} {2} \dfrac {1} {\sqrt {\xi}} \sqrt {\eta} \cos {\varphi} = \dfrac {\sqrt {\eta} \cos {\varphi}} {2 \sqrt {\xi}},$$$$\dfrac {\partial \omega_2} {\partial q_1} = \dfrac {\partial (\sqrt {\xi \eta} \sin {\varphi}) } {\partial \xi} = \dfrac {\sqrt {\eta} \sin {\varphi}} {2 \sqrt {\xi}},$$$$\dfrac {\partial \omega_3} {\partial q_1} = \dfrac {\partial \left(\dfrac {1} {2} (\xi - \eta) \right) } {\partial \xi} = \dfrac {1} {2} (1) = \dfrac {1} {2},$$$$\dfrac {\partial \omega_1} {\partial q_2} = \dfrac {\partial (\sqrt {\xi \eta} \cos {\varphi}) } {\partial \eta} = \dfrac {\sqrt {\xi} \cos {\varphi}} {2 \sqrt {\eta}},$$$$\dfrac {\partial \omega_2} {\partial q_2} = \dfrac {\partial (\sqrt {\xi \eta} \sin {\varphi}) } {\partial \eta} = \dfrac {\sqrt {\xi} \sin {\varphi}} {2 \sqrt {\eta}},$$$$\dfrac {\partial \omega_3} {\partial q_2} = \dfrac {\partial \left( \dfrac {1} {2} (\xi - \eta) \right) } {\partial \eta} = \dfrac {1} {2} (-1) = - \dfrac {1} {2},$$$$\dfrac {\partial \omega_1} {\partial q_3} = \dfrac {\partial (\sqrt {\xi \eta} \cos {\varphi}) } {\partial \varphi} = \sqrt {\xi \eta} (- \sin {\varphi}) = - \sqrt {\xi \eta} \sin {\varphi},$$$$\dfrac {\partial \omega_2} {\partial q_3} = \dfrac {\partial (\sqrt {\xi \eta} \sin {\varphi}) } {\partial \varphi} = \sqrt {\xi \eta} \cos {\varphi},$$$$\dfrac {\partial \omega_3} {\partial q_3} = \dfrac {\partial \left( \dfrac {1} {2} (\xi - \eta) \right) } {\partial \varphi} = 0.$$ Вычисляю $H_1$, $H_2$ и $H_3$. $$H_1^2 = \left( \dfrac {\partial \omega_1} {\partial q_1} \right)^2 + \left( \dfrac {\partial \omega_2} {\partial q_1} \right)^2 + \left( \dfrac {\partial \omega_3} {\partial q_1} \right)^2 = \left( \dfrac {\sqrt {\eta} \cos {\varphi}} {2 \sqrt {\xi}} \right)^2 + \left( \dfrac {\sqrt {\eta} \sin {\varphi}} {2 \sqrt {\xi}} \right)^2 + \left( \dfrac {1} {2} \right)^2 = \dfrac {\eta \cos^2 {\varphi}} {4 \xi} + \dfrac {\eta \sin^2 {\varphi}} {4 \eta} + \dfrac {1} {4} = $$$$= \dfrac {\eta} {4 \xi} (\cos^2 {\varphi} + \sin^2 {\varphi}) + \dfrac {1} {4} = \dfrac {\eta + \xi} {4 \xi},$$$$H_2^2 = \left( \dfrac {\partial \omega_1} {\partial q_2} \right)^2 + \left( \dfrac {\partial \omega_2} {\partial q_2} \right)^2 + \left( \dfrac {\partial \omega_3} {\partial q_2} \right)^2 = \left( \dfrac {\sqrt {\xi} \cos {\varphi}} {2 \sqrt {\eta}} \right)^2 + \left( \dfrac {\sqrt {\xi} \sin {\varphi}} {2 \sqrt {\eta}} \right)^2 + \left( -\dfrac {1} {2} \right)^2 = \dfrac {\xi \cos^2 {\varphi}} {4 \eta} + \dfrac {\xi \sin^2 {\varphi}} {4 \eta} + \dfrac {1} {4} = $$$$= \dfrac {\xi} {4 \eta} (\cos^2 {\varphi} + \sin^2 {\varphi}) + \dfrac {1} {4} = \dfrac {\eta + \xi} {4 \eta},$$$$H_3^2 = \left( \dfrac {\partial \omega_1} {\partial q_3} \right)^2 + \left( \dfrac {\partial \omega_2} {\partial q_3} \right)^2 + \left( \dfrac {\partial \omega_3} {\partial q_3} \right)^2 = \left( - \sqrt {\xi \eta} \sin {\varphi} \right)^2 + \left( \sqrt {\xi \eta} \cos {\varphi} \right)^2 + 0^2 = \xi \eta \sin^2 {\varphi} + \xi \eta \cos^2 {\varphi} = \xi \eta.$$ Или же $$H_1 = \dfrac {1} {2} \sqrt { \dfrac {\eta + \xi} {\xi}}, H_2 = \dfrac {1} {2} \sqrt {\dfrac {\xi + \eta} {\eta}}, H_3 = \sqrt {\xi \eta}.$$ Подставляю в формулу в криволинейных координатах (закрывающая квадратная скобка не отображается по техническим причинам): $$\Delta u = \dfrac {1} { \dfrac {1} {2} \sqrt {\dfrac {\eta + \xi} {\xi}} \dfrac {1} {2} \sqrt {\dfrac {\xi + \eta} {\eta}} \sqrt {\xi \eta}} \left[ \dfrac {\partial} {\partial \xi} \left( \dfrac {\dfrac {1} {2} \sqrt {\dfrac {\xi + \eta} {\eta}} \sqrt {\xi \eta}} {\dfrac {1} {2} \sqrt {\dfrac {\eta + \xi} {\xi}}} \dfrac {\partial u} {\partial \xi} \right) + \dfrac {\partial} {\partial \eta} \left( \dfrac {\dfrac {1} {2} \sqrt {\dfrac {\eta + \xi} {\xi}} \sqrt {\xi \eta}} {\dfrac {1} {2} \sqrt {\dfrac {\xi + \eta} {\eta}} } \dfrac {\partial u} {\partial \eta} \right) + $$$$+ \dfrac {\partial} {\partial \varphi} \left( \dfrac {\dfrac {1} {2} \sqrt {\dfrac {\xi + \eta} {\xi}} \dfrac {1} {2} \sqrt {\dfrac {\xi + \eta} {\eta}}} {\sqrt {\xi \eta}} \dfrac {\partial u} {\partial \varphi} \right) \right]=$$$$= \dfrac {1} {\dfrac {\xi + \eta} {4}} \left[ \dfrac {\partial} {\partial \xi} \left( \xi \dfrac {\partial u} {\partial \xi} \right) + \dfrac {\partial} {\partial \eta} \left( \eta \dfrac {\partial u} {\partial \eta} \right) + \dfrac {\partial} {\partial \varphi} \left( \dfrac {\xi + \eta} {4 \xi \eta}  \dfrac {\partial u} {\partial \varphi} \right)\right] =$$$$= \dfrac {4} {\xi + \eta} \dfrac {\partial u} {\partial \xi} + \dfrac {4 \xi} {\xi + \eta} \dfrac {\partial^2 u} {\partial \xi^2} + \dfrac {4} {\xi + \eta} \dfrac {\parital u} {\partial \eta} + \dfrac {4 \eta} {\xi + \eta} \dfrac {\parital^2 u} {\partial \eta^2} + \dfrac {1} {\xi \eta } \dfrac {\partial^2 u} {\partial \varphi^2}$$

 Профиль  
                  
 
 Re: Коэффициенты Ламе
Сообщение10.06.2018, 23:20 


25/11/08
449
Опечатки в коде, \patial вместо \partial.

$$\dfrac {{\color{red}\partial} \omega_1} {\partial q_1} = \dfrac {\partial (\sqrt {\xi \eta} \cos {\varphi}) } {\partial \xi} = \dfrac {1} {2} \dfrac {1} {\sqrt {\xi}} \sqrt {\eta} \cos {\varphi} = \dfrac {\sqrt {\eta} \cos {\varphi}} {2 \sqrt {\xi}},$$

 Профиль  
                  
 
 Re: Коэффициенты Ламе
Сообщение10.06.2018, 23:26 


01/09/14
357
ellipse, спасибо, поправил.

 Профиль  
                  
 
 Re: Коэффициенты Ламе
Сообщение11.06.2018, 10:23 


01/09/14
357
Ещё поправка:$$\Delta u = \dfrac {1} { \dfrac {1} {2} \sqrt {\dfrac {\eta + \xi} {\xi}} \dfrac {1} {2} \sqrt {\dfrac {\xi + \eta} {\eta}} \sqrt {\xi \eta}} \left[ \dfrac {\partial} {\partial \xi} \left( \dfrac {\dfrac {1} {2} \sqrt {\dfrac {\xi + \eta} {\eta}} \sqrt {\xi \eta}} {\dfrac {1} {2} \sqrt {\dfrac {\eta + \xi} {\xi}}} \dfrac {\partial u} {\partial \xi} \right) + \dfrac {\partial} {\partial \eta} \left( \dfrac {\dfrac {1} {2} \sqrt {\dfrac {\eta + \xi} {\xi}} \sqrt {\xi \eta}} {\dfrac {1} {2} \sqrt {\dfrac {\xi + \eta} {\eta}} } \dfrac {\partial u} {\partial \eta} \right) + $$$$+ \dfrac {\partial} {\partial \varphi} \left( \dfrac {\dfrac {1} {2} \sqrt {\dfrac {\xi + \eta} {\xi}} \dfrac {1} {2} \sqrt {\dfrac {\xi + \eta} {\eta}}} {\sqrt {\xi \eta}} \dfrac {\partial u} {\partial \varphi} \right) \right]=$$$$= \dfrac {1} {\dfrac {\xi + \eta} {4}} \left[ \dfrac {\partial} {\partial \xi} \left( \xi \dfrac {\partial u} {\partial \xi} \right) + \dfrac {\partial} {\partial \eta} \left( \eta \dfrac {\partial u} {\partial \eta} \right) + \dfrac {\partial} {\partial \varphi} \left( \dfrac {\xi + \eta} {4 \xi \eta}  \dfrac {\partial u} {\partial \varphi} \right)\right] =$$$$= \dfrac {4} {\xi + \eta} \dfrac {\partial u} {\partial \xi} + \dfrac {4 \xi} {\xi + \eta} \dfrac {\partial^2 u} {\partial \xi^2} + \dfrac {4} {\xi + \eta} \dfrac {\partial u} {\partial \eta} + \dfrac {4 \eta} {\xi + \eta} \dfrac {\partial^2 u} {\partial \eta^2} + \dfrac {1} {\xi \eta } \dfrac {\partial^2 u} {\partial \varphi^2}$$

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 4 ] 

Модераторы: Модераторы Математики, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: Maxim19


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group