Kurssi

Laplacen yhtälö



Olkoon \(k\in\mathbb{N}\). Tällöin funktiot $$ z=e^{kx}\cos(ky)\quad\textrm{ja}\quad z=e^{kx}\sin(ky) $$ ovat osittaisdifferentiaaliyhtälön \begin{equation*} \frac{\partial^2 z}{\partial x^2}+ \frac{\partial^2 z}{\partial y^2}=0\tag{$*$} \end{equation*} ratkaisuja joukossa \(\mathbb{R}^2\). Yhtälö \((*)\) on Laplacen yhtälö.

Määritelmä. Kahden muuttujan funktiota \(z(x,y)\), jolla on jatkuvat toisen kertaluvun osittaisderivaatat ja joka toteuttaa Laplacen yhtälön, sanotaan harmoniseksi.

Esimerkki. Tarkistetaan laskemalla, että \(z=e^{kx}\cos(ky)\) todella on harmoninen funktio. Olkoon \(z=e^{kx}\cos(ky)\). Tällöin $$ \frac{\partial z}{\partial x}=ke^{kx}\cos(ky),\quad \frac{\partial z}{\partial y}=-ke^{kx}\sin(ky) $$ ja $$ \frac{\partial^2 z}{\partial x^2}=k^2e^{kx}\cos(ky),\quad \frac{\partial^2 z}{\partial y^2}=-k^2e^{kx}\cos(ky). $$ Nähdään, että $$ \frac{\partial^2 z}{\partial x^2}+ \frac{\partial^2 z}{\partial y^2}=0. $$



Edellinen: 9-2-korkeamman-kertaluvun | Seuraava: 9-4-ketjusaanto | Menu: 3