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: нет зарегистрированных пользователей


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