aboutsummaryrefslogtreecommitdiffstats
path: root/buch/papers/sturmliouville/einleitung.tex
diff options
context:
space:
mode:
authorhaddoucher <reda.haddouche@ost.ch>2022-08-24 12:55:52 +0200
committerhaddoucher <reda.haddouche@ost.ch>2022-08-24 12:55:52 +0200
commita966f864bde5198499f4066d2c1c97d44e51cb02 (patch)
tree0433b1b8397d822897c939c57ff3623a1b82216c /buch/papers/sturmliouville/einleitung.tex
parentAdded chapter intro. (diff)
downloadSeminarSpezielleFunktionen-a966f864bde5198499f4066d2c1c97d44e51cb02.tar.gz
SeminarSpezielleFunktionen-a966f864bde5198499f4066d2c1c97d44e51cb02.zip
Korrekturen
Wurde einiges korrigiert. Heute abend wirds noch einmal durchgelesen.
Diffstat (limited to 'buch/papers/sturmliouville/einleitung.tex')
-rw-r--r--buch/papers/sturmliouville/einleitung.tex59
1 files changed, 28 insertions, 31 deletions
diff --git a/buch/papers/sturmliouville/einleitung.tex b/buch/papers/sturmliouville/einleitung.tex
index 2552574..08e25f2 100644
--- a/buch/papers/sturmliouville/einleitung.tex
+++ b/buch/papers/sturmliouville/einleitung.tex
@@ -15,19 +15,20 @@
% Check for readability
\section{Was ist das Sturm-Liouville-Problem\label{sturmliouville:section:teil0}}
-\rhead{Einleitung}
+\rhead{Was ist das Sturm-Liouville-Problem}
Das Sturm-Liouville-Problem wurde benannt nach dem schweizerisch-französischen
Mathematiker und Physiker Jacques Charles Fran\c{c}ois Sturm und dem
französischen Mathematiker Joseph Liouville.
Gemeinsam haben sie in der mathematischen Physik die Sturm-Liouville-Theorie
-entwickelt und gilt für die Lösung von gewöhnlichen Differentialgleichungen,
-jedoch verwendet man die Theorie öfters bei der Lösung von partiellen
+entwickelt.
+Dies gilt für die Lösung von gewöhnlichen Differentialgleichungen,
+jedoch verwendet man die Theorie beim lösen von partiellen
Differentialgleichungen.
-Normalerweise betrachtet man für das Strum-Liouville-Problem eine gewöhnliche
-Differentialgleichung 2. Ordnung, und wenn es sich um eine partielle
-Differentialgleichung handelt, kann man sie in mehrere gewöhnliche
-Differentialgleichungen umwandeln. Wie z. B. den Separationsansatz, die
-partielle Differentialgleichung mit mehreren Variablen.
+Man betrachtet für das Strum-Liouville-Problem eine gewöhnliche
+Differentialgleichung 2. Ordnung.
+Wenn es sich um eine partielle
+Differentialgleichung handelt, kann man sie mittels Separation in mehrere gewöhnliche
+Differentialgleichungen umwandeln.
\begin{definition}
\index{Sturm-Liouville-Gleichung}%
@@ -43,7 +44,7 @@ als
=
0
\end{equation}
-geschrieben werden kann, dann wird diese Gleichung als Sturm-Liouville-Gleichung
+geschrieben werden kann, dann wird die Gleichung \eqref{sturmliouville:eq:sturm-liouville-equation} als Sturm-Liouville-Gleichung
bezeichnet.
\end{definition}
Alle homogenen linearen gewöhnlichen Differentialgleichungen 2. Ordnung können
@@ -51,7 +52,7 @@ in die Form der Gleichung \eqref{sturmliouville:eq:sturm-liouville-equation}
umgewandelt werden.
Damit es sich um ein Sturm-Liouville-Problem handelt, benötigt es noch die
-Randbedingung, die im nächsten Unterkapitel behandelt wird.
+Randbedingung, die im nächsten Unterkapitel behandelt wird.
\subsection{Randbedingungen
\label{sturmliouville:sub:was-ist-das-slp-randbedingungen}}
@@ -62,7 +63,7 @@ Die Sturm-Liouville-Gleichung mit homogenen Randbedingungen des dritten Typs
\begin{aligned}
\label{sturmliouville:eq:randbedingungen}
k_a y(a) + h_a p(a) y'(a) &= 0 \\
- k_b y(b) + h_b p(b) y'(b) &= 0.
+ k_b y(b) + h_b p(b) y'(b) &= 0
\end{aligned}
\end{equation}
ist das klassische Sturm-Liouville-Problem.
@@ -70,21 +71,21 @@ ist das klassische Sturm-Liouville-Problem.
\subsection{Koeffizientenfunktionen
\label{sturmliouville:sub:koeffizientenfunktionen}}
-Die Funktionen $p(x)$, $q(x)$ und $w(x)$ werden als Koeffizientenfunktionen mit
-ihren freien Variablen $x$ bezeichnet.
+Die Funktionen $p(x)$, $q(x)$ und $w(x)$ werden als Koeffizientenfunktionen
+bezeichnet.
Diese Funktionen erhält man, indem man eine Differentialgleichung in die
-Sturm-Liouville-Form bringt.
+Sturm-Liouville-Form bringt und dann die Koeffizientenfunktionen vergleicht.
Die Funktion $w(x)$ (manchmal auch $r(x)$ genannt) wird als Gewichtsfunktion
oder Dichtefunktion bezeichnet.
Die Eigenschaften der Koeffizientenfunktionen sowie andere Bedingungen haben
einen großen Einfluss auf die Lösbarkeit des Sturm-Liouville-Problems und werden
-im nächsten Kapitel diskutiert.
+im nächsten Kapitel diskutiert.
%
%Kapitel mit "Das reguläre Sturm-Liouville-Problem"
%
-\subsection{Das reguläre oder singuläre Sturm-Liouville-Problem
+\subsection{Das reguläre und singuläre Sturm-Liouville-Problem
\label{sturmliouville:sub:reguläre_sturm_liouville_problem}}
Damit es sich um ein reguläres Sturm-Liouville-Problem handelt, müssen einige
Bedingungen beachtet werden.
@@ -94,8 +95,8 @@ Bedingungen beachtet werden.
Die Bedingungen für ein reguläres Sturm-Liouville-Problem sind:
\begin{itemize}
\item Die Funktionen $p(x), p'(x), q(x)$ und $w(x)$ müssen stetig und
- reell sein.
- \item sowie müssen in einem endlichen Intervall $[a,b]$ integrierbar
+ reell sein
+ \item sowie in einem endlichen Intervall $[a,b]$ integrierbar
sein.
\item $p(x)$ und $w(x)$ sind $>0$.
\item Es gelten die Randbedingungen
@@ -103,36 +104,32 @@ Bedingungen beachtet werden.
$|k_i|^2 + |h_i|^2\ne 0$ mit $i=a,b$.
\end{itemize}
\end{definition}
-Werden diese Bedingungen nicht erfüllt, so handelt es sich um ein singuläres
+Wird eine oder mehrere dieser Bedingungen nicht erfüllt, so handelt es sich um ein singuläres
Sturm-Liouville-Problem.
\begin{beispiel}
Das Randwertproblem
\begin{equation}
\begin{aligned}
- x^2y'' + xy' + (\lambda^2x^2 - m^2)y &= 0, 0<x<a,\\
+ x^2y'' + xy' + (\lambda^2x^2 - m^2)y &= 0 \qquad 0<x<a,\\
y(a) &= 0
\end{aligned}
\end{equation}
ist kein reguläres Sturm-Liouville-Problem.
- Wenn man die Gleichung in die Sturm-Liouville Form umformen, dann ergeben
+ Wenn man die Gleichung in die Sturm-Liouville Form umformt, dann
+ erhält man
die Koeffizientenfunktionen $p(x) = w(x) = x$ und $q(x) = -m^2/x$.
- Schaut man jetzt die Bedingungen im
- Kapitel~\ref{sturmliouville:sub:reguläre_sturm_liouville_problem} an und
+ Schaut man jetzt die Bedingungen in
+ Definition~\ref{sturmliouville:def:reguläres_sturm-liouville-problem} an und
vergleicht diese mit unseren Koeffizientenfunktionen, so erkennt man einige
Probleme:
\begin{itemize}
\item $p(x)$ und $w(x)$ sind nicht positiv, wenn $x = 0$ ist.
\item $q(x)$ ist nicht kontinuierlich, wenn $x = 0$ ist.
- \item Die Randbedingung bei $x = 0$ fehlt.
+ \item Die Randbedingung bei $x = 0$ und $x = a$ fehlt.
\end{itemize}
\end{beispiel}
-Verwendet man das reguläre Sturm-Liouville-Problem, obwohl eine oder beide
+Verwendet man das reguläre Sturm-Liouville-Problem, obwohl eine oder mehrere
Bedingungen nicht erfüllt sind, dann ist es schwierig zu sagen, ob die Lösung
-eindeutige Ergebnisse hat.
-Es ist schwierig, Kriterien anzuwenden, da die Formulierungen z. B. in der
-Lösungsfunktion liegen.
-Ähnlich wie bei der Fourier-Reihe gegenüber der Fourier-Transformation gibt es
-immer noch eine zugehörige Eigenfunktionsentwicklung, und zwar die
-Integraltransformation sowie gibt es weiterhin verallgemeinerte Eigenfunktionen.
+eindeutig ist.