aboutsummaryrefslogtreecommitdiffstats
path: root/buch/chapters/070-orthogonalitaet/sturm.tex
diff options
context:
space:
mode:
authorAndreas Müller <andreas.mueller@ost.ch>2022-06-20 21:27:44 +0200
committerAndreas Müller <andreas.mueller@ost.ch>2022-06-20 21:27:44 +0200
commit9f8e0b23aa9897b429ef997d7de8224844b60880 (patch)
tree959d68fb7a67793434a6f902c7d117f1735aa92b /buch/chapters/070-orthogonalitaet/sturm.tex
parentfix some typos (diff)
downloadSeminarSpezielleFunktionen-9f8e0b23aa9897b429ef997d7de8224844b60880.tar.gz
SeminarSpezielleFunktionen-9f8e0b23aa9897b429ef997d7de8224844b60880.zip
fix all the Bessel stuff
Diffstat (limited to 'buch/chapters/070-orthogonalitaet/sturm.tex')
-rw-r--r--buch/chapters/070-orthogonalitaet/sturm.tex45
1 files changed, 43 insertions, 2 deletions
diff --git a/buch/chapters/070-orthogonalitaet/sturm.tex b/buch/chapters/070-orthogonalitaet/sturm.tex
index 35054ab..1ba0ecb 100644
--- a/buch/chapters/070-orthogonalitaet/sturm.tex
+++ b/buch/chapters/070-orthogonalitaet/sturm.tex
@@ -11,6 +11,9 @@ konnte die Orthogonalität der Funktionen dadurch gezeigt werden,
dass sie als Eigenfunktionen eines bezüglich eines geeigneten
Skalarproduktes selbstadjungierten Operators erkannt wurden.
+%
+% Differentialgleichungen
+%
\subsection{Differentialgleichung}
Das klassische Sturm-Liouville-Problem ist das folgende Eigenwertproblem.
Gesucht sind Lösungen der Differentialgleichung
@@ -30,6 +33,9 @@ erfüllen, wobei $|k_i|^2 + |h_i|^2\ne 0$ mit $i=a,b$.
Weitere Bedingungen an die Funktionen $p(x)$, $q(x)$, $w(x)$ sowie die
Lösungsfunktionen $y(x)$ sollen später geklärt werden.
+%
+% Das verallgemeinerte Eigenwertproblem für symmetrische Matrizen
+%
\subsection{Das verallgemeinerte Eigenwertproblem für symmetrische Matrizen}
Ein zu \eqref{buch:integrale:eqn:sturm-liouville} analoges Eigenwertproblem
für Matrizen ist das folgende verallgemeinerte Eigenwertproblem.
@@ -175,6 +181,9 @@ ist damit ein gewöhnliches Eigenwertproblem für selbstadjungierte
Matrizen des Operators $\tilde{A}$ bezüglich des verallgemeinerten
Skalarproduktes $\langle\,\;,\;\rangle_B$.
+%
+% Der Operator L_0 und die Randbedingung
+%
\subsection{Der Operator $L_0$ und die Randbedingung}
Die Differentialgleichung kann auch in Operatorform geschrieben werden.
Dazu schreiben wir
@@ -275,6 +284,9 @@ Ausgeschrieben bedeutet dies, dass die Randbedingung
\eqref{buch:integrale:sturm:randbedingung}
erfüllt sein muss.
+%
+% Skalarprodukt
+%
\subsection{Skalarprodukt}
Das Ziel der folgenden Abschnitte ist, das Sturm-Liouville-Problem als
Eigenwertproblem für einen selbstadjungierten Operator in einem
@@ -314,6 +326,9 @@ mit der Gewichtsfunktion $w(x)$ verwendet werden.
Damit dies ein vernünftiges Skalarprodukt ist, muss $w(x)>0$ im
Innerend es Intervalls sein.
+%
+% Der Vektorraum H
+%
\subsection{Der Vektorraum $H$}
Damit können wir jetzt die Eigenschaften der in Frage kommenden
Funktionen zusammenstellen.
@@ -346,7 +361,10 @@ f\in L^2([a,b],w)\;\bigg|\;
\biggr\}.
\]
-\subsection{Differentialoperator}
+%
+% Der Sturm-Liouville-Differentialoperator
+%
+\subsection{Der Sturm-Liouville-Differentialoperator}
Das verallgemeinerte Eigenwertproblem für $A$ und $B$ ist ein
gewöhnliches Eigenwertproblem für die Operator $\tilde{A}=B^{-1}A$
bezüglich des modifizierten Skalarproduktes.
@@ -366,12 +384,18 @@ $\lambda$ ist der zu $y(x)$ gehörige Eigenwert.
Der Operator ist definiert auf Funktionen des im vorangegangenen Abschnitt
definierten Vektorraumes $H$.
+%
+% Beispiele
+%
\subsection{Beispiele}
Die meisten der früher vorgestellten Funktionenfamilien stellen sich
als Lösungen eines geeigneten Sturm-Liouville-Problems heraus.
Alle Eigenschaften aus der Sturm-Liouville-Theorie gelten daher
automatisch für diese Funktionenfamilien.
+%
+% Trignometrische Funktionen
+%
\subsubsection{Trigonometrische Funktionen}
Die trigonometrischen Funktionen sind Eigenfunktionen des Operators
$d^2/dx^2$, also eines Sturm-Liouville-Operators mit $p(x)=1$, $q(x)=0$
@@ -434,6 +458,9 @@ Dann ist wegen
die Bedingung~\eqref{buch:integrale:sturm:sabedingung}
ebenfalls erfüllt, $L_0$ ist in diesem Raum selbstadjungiert.
+%
+% Bessel-Funktionen J_n(x)
+%
\subsubsection{Bessel-Funktionen $J_n(x)$}
Der Bessel-Operator \eqref{buch:differentialgleichungen:bessel-operator}
kann wie folgt in die Form eines Sturm-Liouville-Operators gebracht
@@ -478,6 +505,9 @@ Es folgt damit sofort, dass die Besselfunktionen orthogonale
Funktionen bezüglich des Skalarproduktes mit der Gewichtsfunktion
$w(x)=1/x$ sind.
+%
+% Bessel-Funktionen J_n(sx)
+%
\subsubsection{Bessel-Funktionen $J_n(s x)$}
Das Sturm-Liouville-Problem mit den Funktionen
\eqref{buch:orthogonal:sturm:bessel:n}
@@ -608,6 +638,9 @@ Damit sind geeignete Randbedingungen für das Sturm-Liouville-Problem
gefunden.
\end{proof}
+%
+% Laguerre-Polynome
+%
\subsubsection{Laguerre-Polynome}
Die Laguerre-Polynome sind orthogonal bezüglich des Skalarprodukts
mit der Laguerre-Gewichtsfunktion $w(x)=e^{-x}$ und erfüllen die
@@ -646,6 +679,9 @@ also die Laguerre-Differentialgleichung.
Somit folgt, dass die Laguerre-Polynome orthogonal sind bezüglich
des Skalarproduktes mit der Laguerre-Gewichtsfunktion.
+%
+% Tschebyscheff-Polynome
+%
\subsubsection{Tschebyscheff-Polynome}
Die Tschebyscheff-Polynome sind Lösungen der
Tschebyscheff-Differentialgleichung
@@ -685,10 +721,15 @@ bezüglich des Skalarproduktes
\langle f,g\rangle = \int_{-1}^1 f(x)g(x)\frac{dx}{\sqrt{1-x^2}}.
\]
+%
+% Jacobi-Polynome
+%
\subsubsection{Jacobi-Polynome}
TODO
-
+%
+% Hypergeometrische Differentialgleichungen
+%
\subsubsection{Hypergeometrische Differentialgleichungen}
%\url{https://encyclopediaofmath.org/wiki/Hypergeometric_equation}
Auch die Eulersche hypergeometrische Differentialgleichung