- ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ
- ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ
-
(функции Бесселя)- решения Zv(z )ур-ния Бесселя
где параметр (индекс) v -произвольное действительное или комплексное число. В приложениях чаще встречается ур-ние, зависящее от четырёх параметров:
решения к-рого выражаются через Ц. <ф.: u(z) = zaZv(bzg). Среди ур-ний (2) содержится ур-ние u " -zu = 0, к-рое порождает Эйри функции.
Ц. ф. произвольного порядка. Если v не является целым числом, то общее решение ур-ния (1) имеет вид
где c1 и c2- постоянные, Jv и J-v - ф-ции Бесселя 1-го рода (или Ц. ф. 1-го рода, рис. 1, а). Если v - целое, то Jv и J_v линейно зависимы. Поэтому наряду с Jv(z )вводят ф-ции Бесселя 2-го рода (рис. 1, б) Yv(z)[иногда их наз. Nv(z)]:
Рис. 1. Графики функций Jv и Yv вещественного аргу мента x для некоторых целых значений v.
При помощи этих ф-ций общее решение (1) можно всегда записать в виде
Для приложений важны и др. решения (1) - ф-ции Бесселя 3-го рода, или ф-ции Ханкеля (Ганкеля) 1-го и 2-го рода Hv(1)(z )и Hv(2)(z):
Связь между различным и Ц. ф.:
Разложения в ряды:
при n = 0 первую из сумм следует полагать равной нулю, y - логарифмическая производная гамма-функции, y(1) = G'(1) = -g, постоянная Эйлера g = 0,577215.
Интегральные представления Пуассона для ф-ций Бесселя 1-го рода Jv(z )и ф-ций Ханкеля Hv(1,2)(z) при Rev >
:
Интегральные представления Зоммерфельда:
(контуры C1, C+, С_ изображены на рис. 2). При v = n (где n- целое)
Рис. 2. Контуры интегрирования Сb и C1 (f = c + iy). Числа a и b связаны соотношением b= abp.
Рекуррентные соотношения и ф-л ы дифференцирования:
[Zv(z) - любая из ф-ций Jv(z), Yv(z), Hv(1,2)(z)].
Ц. ф. полуцелого порядка. Ц. ф. превращаются в элементарные тогда и только тогда, когда v принимает полуцелые значения (v = n+ 1/2):
Асимптотическое поведение Ц. ф. Для |z|>>1, |z|>> v имеют место оценки:
Здесь (v, m) = Г(1/2 + v + m)/[ т!Г(1/2+ v - т)] - т. <н. символ Ханкеля. Выражение для Н v(2)(z )аналогично выражению для Hv(1)(z), в к-ром (при - 2p<argz<p) i надо заменить на - i.
Интеграл Фурье-Бессeля:
Теорема сложения Графа:
Теорема сложения Гегенбауэра:
Здесь r,r, R - стороны произвольного треугольника; y - угол, лежащий между сторонами R и r; m = сosq; q-угол между сторонами r и r; k - произвольное число; С n(m) - полином Гегенбауэра (см. Ортогональные полиномы);Zv(z) -любая из ф-ций Jv(z), Yv(Z), Hv(1,2)(z).
Разложение сферич. волны по полиномам Лежандра:
Разложение плоской волны по полиномам Лежандра:
k - волновой вектор; m = соsq; q - угол между векторами k и r.
Модифицированные ф-ции Бесселя (ф-ции Бесселя мнимого аргумента)-решения ур-ния
Линейно независимыми решениями при z>0 являются ф-ции
[рис. 3; ф-ции Kv(z) иногда наз. ф-циями Макдональда].
Интегральные представления Пуассона (Re v >-1/2):
Рис. 3. Графики функций Iv и Kv вещественного аргу мента x для некоторых целых значений v.
Интегральные представления Зоммерфельда для Kv(z)(Re z >0):
Асимптотическое поведение при z
+
:
Связь между ф-циям и Iv(z) и Kv(z):
Разложение в ряды:
(при n = 0 первую сумму следует полагать равной нулю, y = G').
Рекуррентные соотношения и ф-л ы дифференцирования:
Ф-ц и и Iv(z) и Kv(z) полуцелого порядка:
Лит.: Ватсон Г. H., Теория бесселевых функций, пер. с англ., ч. 1,M., 1949; Бейтмен Г., Эрдейи А., Высшие трансцендентные функции, пер. с англ., M., 1974; Никифоров А. Ф., Уваров В. Б., Специальные функции математической физики, 2 изд., M., 1984; Справочник по специальным функциям..., пер. с англ., M., 1979. А. Ф. Никифоров.
Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.
.