From f56d6490331812f1228bacee54845d7778d8fe10 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Alain Date: Fri, 22 Jul 2022 22:52:37 +0200 Subject: gitgnore --- buch/papers/parzyl/.gitignore | 1 + 1 file changed, 1 insertion(+) create mode 100644 buch/papers/parzyl/.gitignore (limited to 'buch/papers/parzyl') diff --git a/buch/papers/parzyl/.gitignore b/buch/papers/parzyl/.gitignore new file mode 100644 index 0000000..75ec3f0 --- /dev/null +++ b/buch/papers/parzyl/.gitignore @@ -0,0 +1 @@ +.vscode/* \ No newline at end of file -- cgit v1.2.1 From 330b5694c49f16cd21ae30446aec261fe114d2b3 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Alain Date: Fri, 22 Jul 2022 22:54:00 +0200 Subject: aller anfang ist schwer --- buch/papers/parzyl/.gitignore | 2 +- buch/papers/parzyl/main.tex | 22 ++++------------------ buch/papers/parzyl/teil0.tex | 2 +- buch/papers/parzyl/teil1.tex | 33 ++++++++++++++++++--------------- buch/papers/parzyl/teil2.tex | 2 +- 5 files changed, 25 insertions(+), 36 deletions(-) (limited to 'buch/papers/parzyl') diff --git a/buch/papers/parzyl/.gitignore b/buch/papers/parzyl/.gitignore index 75ec3f0..dbe9c82 100644 --- a/buch/papers/parzyl/.gitignore +++ b/buch/papers/parzyl/.gitignore @@ -1 +1 @@ -.vscode/* \ No newline at end of file +.vscode/ \ No newline at end of file diff --git a/buch/papers/parzyl/main.tex b/buch/papers/parzyl/main.tex index ff21c9f..01a8d59 100644 --- a/buch/papers/parzyl/main.tex +++ b/buch/papers/parzyl/main.tex @@ -8,24 +8,10 @@ \begin{refsection} \chapterauthor{Thierry Schwaller, Alain Keller} -Ein paar Hinweise für die korrekte Formatierung des Textes -\begin{itemize} -\item -Absätze werden gebildet, indem man eine Leerzeile einfügt. -Die Verwendung von \verb+\\+ ist nur in Tabellen und Arrays gestattet. -\item -Die explizite Platzierung von Bildern ist nicht erlaubt, entsprechende -Optionen werden gelöscht. -Verwenden Sie Labels und Verweise, um auf Bilder hinzuweisen. -\item -Beginnen Sie jeden Satz auf einer neuen Zeile. -Damit ermöglichen Sie dem Versionsverwaltungssysteme, Änderungen -in verschiedenen Sätzen von verschiedenen Autoren ohne Konflikt -anzuwenden. -\item -Bilden Sie auch für Formeln kurze Zeilen, einerseits der besseren -Übersicht wegen, aber auch um GIT die Arbeit zu erleichtern. -\end{itemize} +Die Laplace-Gleichung ist eine wichtige Gleichung in der Physik. +Mit ihr lässt sich zum Beispiel das elektrische Feld in einem ladungsfreien Raum bestimmen. +In diesem Kapitel wird die Lösung der Laplace-Gliechung im +parabolischen Zyplinderkoordinatensystem genauer untersucht. \input{papers/parzyl/teil0.tex} \input{papers/parzyl/teil1.tex} diff --git a/buch/papers/parzyl/teil0.tex b/buch/papers/parzyl/teil0.tex index 09b4024..5f5b22f 100644 --- a/buch/papers/parzyl/teil0.tex +++ b/buch/papers/parzyl/teil0.tex @@ -3,7 +3,7 @@ % % (c) 2020 Prof Dr Andreas Müller, Hochschule Rapperswil % -\section{Teil 0\label{parzyl:section:teil0}} +\section{Elektrisches feld\label{parzyl:section:teil0}} \rhead{Teil 0} Lorem ipsum dolor sit amet, consetetur sadipscing elitr, sed diam nonumy eirmod tempor invidunt ut labore et dolore magna aliquyam diff --git a/buch/papers/parzyl/teil1.tex b/buch/papers/parzyl/teil1.tex index 9ea60e2..6027f71 100644 --- a/buch/papers/parzyl/teil1.tex +++ b/buch/papers/parzyl/teil1.tex @@ -3,16 +3,10 @@ % % (c) 2020 Prof Dr Andreas Müller, Hochschule Rapperswil % -\section{Teil 1 +\section{Parabolische Zylinderfunktion \label{parzyl:section:teil1}} \rhead{Problemstellung} -Sed ut perspiciatis unde omnis iste natus error sit voluptatem -accusantium doloremque laudantium, totam rem aperiam, eaque ipsa -quae ab illo inventore veritatis et quasi architecto beatae vitae -dicta sunt explicabo. -Nemo enim ipsam voluptatem quia voluptas sit aspernatur aut odit -aut fugit, sed quia consequuntur magni dolores eos qui ratione -voluptatem sequi nesciunt +Die Parabolischen Zylinderfunktion sind spezielle funktionen \begin{equation} \int_a^b x^2\, dx = @@ -31,14 +25,23 @@ Quis autem vel eum iure reprehenderit qui in ea voluptate velit esse quam nihil molestiae consequatur, vel illum qui dolorem eum fugiat quo voluptas nulla pariatur? -\subsection{De finibus bonorum et malorum +\subsection{Parabolische Zylinderkoordinaten \label{parzyl:subsection:finibus}} -At vero eos et accusamus et iusto odio dignissimos ducimus qui -blanditiis praesentium voluptatum deleniti atque corrupti quos -dolores et quas molestias excepturi sint occaecati cupiditate non -provident, similique sunt in culpa qui officia deserunt mollitia -animi, id est laborum et dolorum fuga \eqref{000tempmlate:equation1}. - +Im parabloischen Zylinderkoordinatensystem bilden parabolische Zylinder die Koordinatenflächen. +Die Koordinate $(\sigma, \tau, z)$ sind in kartesischen Koordinaten ausgedrückt mit +\begin{align} + x & = \sigma \tau \\ + y & = \frac{1}{2}\left(\tau^2 - \sigma^2\right) \\ + z & = z. +\end{align} +Wird $\tau$ oder $\sigma$ konstant gesetzt reultieren die Parabeln +\begin{equation} + y = \frac{1}{2} \left( \frac{x^2}{\sigma^2} - \sigma^2 \right) +\end{equation} +und +\begin{equation} + y = \frac{1}{2} \left( -\frac{x^2}{\tau^2} + \tau^2 \right). +\end{equation} Et harum quidem rerum facilis est et expedita distinctio \ref{parzyl:section:loesung}. Nam libero tempore, cum soluta nobis est eligendi optio cumque nihil diff --git a/buch/papers/parzyl/teil2.tex b/buch/papers/parzyl/teil2.tex index 75ba259..8bba905 100644 --- a/buch/papers/parzyl/teil2.tex +++ b/buch/papers/parzyl/teil2.tex @@ -3,7 +3,7 @@ % % (c) 2020 Prof Dr Andreas Müller, Hochschule Rapperswil % -\section{Teil 2 +\section{Parabolische Zylinderfunkltion \label{parzyl:section:teil2}} \rhead{Teil 2} Sed ut perspiciatis unde omnis iste natus error sit voluptatem -- cgit v1.2.1 From 94fdbadada6397bba2e155abce7bdb855342045b Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Alain Date: Fri, 22 Jul 2022 22:58:20 +0200 Subject: ok --- buch/papers/parzyl/.gitignore | 1 - 1 file changed, 1 deletion(-) delete mode 100644 buch/papers/parzyl/.gitignore (limited to 'buch/papers/parzyl') diff --git a/buch/papers/parzyl/.gitignore b/buch/papers/parzyl/.gitignore deleted file mode 100644 index dbe9c82..0000000 --- a/buch/papers/parzyl/.gitignore +++ /dev/null @@ -1 +0,0 @@ -.vscode/ \ No newline at end of file -- cgit v1.2.1 From 585150092dfc7fe9f3043a2dd0966e1a597e9258 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Alain Date: Sat, 23 Jul 2022 12:09:19 +0200 Subject: umstelung struktur --- buch/papers/parzyl/teil0.tex | 24 +++++++++++++++++++++++- buch/papers/parzyl/teil1.tex | 21 ++------------------- buch/papers/parzyl/teil2.tex | 2 +- 3 files changed, 26 insertions(+), 21 deletions(-) (limited to 'buch/papers/parzyl') diff --git a/buch/papers/parzyl/teil0.tex b/buch/papers/parzyl/teil0.tex index 5f5b22f..ff927b7 100644 --- a/buch/papers/parzyl/teil0.tex +++ b/buch/papers/parzyl/teil0.tex @@ -3,8 +3,30 @@ % % (c) 2020 Prof Dr Andreas Müller, Hochschule Rapperswil % -\section{Elektrisches feld\label{parzyl:section:teil0}} +\section{Problem\label{parzyl:section:teil0}} \rhead{Teil 0} + +\subsection{Laplace Gleichung} + +\subsection{Parabolische Zylinderkoordinaten +\label{parzyl:subsection:finibus}} +Im parabloischen Zylinderkoordinatensystem bilden parabolische Zylinder die Koordinatenflächen. +Die Koordinate $(\sigma, \tau, z)$ sind in kartesischen Koordinaten ausgedrückt mit +\begin{align} + x & = \sigma \tau \\ + y & = \frac{1}{2}\left(\tau^2 - \sigma^2\right) \\ + z & = z. +\end{align} +Wird $\tau$ oder $\sigma$ konstant gesetzt reultieren die Parabeln +\begin{equation} + y = \frac{1}{2} \left( \frac{x^2}{\sigma^2} - \sigma^2 \right) +\end{equation} +und +\begin{equation} + y = \frac{1}{2} \left( -\frac{x^2}{\tau^2} + \tau^2 \right). +\end{equation} + +\subsection{Differnetialgleichung} Lorem ipsum dolor sit amet, consetetur sadipscing elitr, sed diam nonumy eirmod tempor invidunt ut labore et dolore magna aliquyam erat, sed diam voluptua \cite{parzyl:bibtex}. diff --git a/buch/papers/parzyl/teil1.tex b/buch/papers/parzyl/teil1.tex index 6027f71..7d5c1a4 100644 --- a/buch/papers/parzyl/teil1.tex +++ b/buch/papers/parzyl/teil1.tex @@ -3,10 +3,9 @@ % % (c) 2020 Prof Dr Andreas Müller, Hochschule Rapperswil % -\section{Parabolische Zylinderfunktion +\section{Lösung \label{parzyl:section:teil1}} \rhead{Problemstellung} -Die Parabolischen Zylinderfunktion sind spezielle funktionen \begin{equation} \int_a^b x^2\, dx = @@ -25,23 +24,7 @@ Quis autem vel eum iure reprehenderit qui in ea voluptate velit esse quam nihil molestiae consequatur, vel illum qui dolorem eum fugiat quo voluptas nulla pariatur? -\subsection{Parabolische Zylinderkoordinaten -\label{parzyl:subsection:finibus}} -Im parabloischen Zylinderkoordinatensystem bilden parabolische Zylinder die Koordinatenflächen. -Die Koordinate $(\sigma, \tau, z)$ sind in kartesischen Koordinaten ausgedrückt mit -\begin{align} - x & = \sigma \tau \\ - y & = \frac{1}{2}\left(\tau^2 - \sigma^2\right) \\ - z & = z. -\end{align} -Wird $\tau$ oder $\sigma$ konstant gesetzt reultieren die Parabeln -\begin{equation} - y = \frac{1}{2} \left( \frac{x^2}{\sigma^2} - \sigma^2 \right) -\end{equation} -und -\begin{equation} - y = \frac{1}{2} \left( -\frac{x^2}{\tau^2} + \tau^2 \right). -\end{equation} + Et harum quidem rerum facilis est et expedita distinctio \ref{parzyl:section:loesung}. Nam libero tempore, cum soluta nobis est eligendi optio cumque nihil diff --git a/buch/papers/parzyl/teil2.tex b/buch/papers/parzyl/teil2.tex index 8bba905..c1bd723 100644 --- a/buch/papers/parzyl/teil2.tex +++ b/buch/papers/parzyl/teil2.tex @@ -3,7 +3,7 @@ % % (c) 2020 Prof Dr Andreas Müller, Hochschule Rapperswil % -\section{Parabolische Zylinderfunkltion +\section{Physik sache \label{parzyl:section:teil2}} \rhead{Teil 2} Sed ut perspiciatis unde omnis iste natus error sit voluptatem -- cgit v1.2.1 From 68df1dfae4ea68c42fd97860280fac5ef3d672fb Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Alain Date: Sun, 24 Jul 2022 22:11:37 +0200 Subject: =?UTF-8?q?wenig=20isch=20besser=20als=20n=C3=BCt?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit --- buch/papers/parzyl/teil0.tex | 31 ++++++++++++++++++++++++++++++- 1 file changed, 30 insertions(+), 1 deletion(-) (limited to 'buch/papers/parzyl') diff --git a/buch/papers/parzyl/teil0.tex b/buch/papers/parzyl/teil0.tex index ff927b7..2fc8737 100644 --- a/buch/papers/parzyl/teil0.tex +++ b/buch/papers/parzyl/teil0.tex @@ -7,7 +7,36 @@ \rhead{Teil 0} \subsection{Laplace Gleichung} - +Die partielle Differentialgleichung +\begin{equation} + \Delta f = 0 +\end{equation} +ist als Laplace Gleichung bekannt. +Sie ist eine spezielle Form der poisson Gleichung +\begin{equation} + \Delta f = g +\end{equation} +mit g als beliebige Funktion. +In der Physik hat die Laplace Gleichung in verschieden Gebieten +verwendet, zum Beispiel im Elektromagnetismus. +Das Gaussche Gesetz in den Maxwellgleichungen +\begin{equation} + \nabla \cdot E = \frac{\varrho}{\epsilon_0} +\label{parzyl:eq:max1} +\end{equation} +besagt das die Divergenz eines Elektrischen Feldes an einem +Punkt gleich der Ladung an diesem Punkt ist. +Das elektrische Feld ist hierbei der Gradient des elektrischen +Potentials +\begin{equation} + \nabla \phi = E. +\end{equation} +Eingesetzt in \eqref{parzyl:eq:max1} resultiert +\begin{equation} + \nabla \cdot \nabla \phi = \Delta \phi = \frac{\varrho}{\epsilon_0}, +\end{equation} +was eine Possion gleichung ist. +An Ladungsfreien Stellen, ist der rechte Teil der Gleichung $0$. \subsection{Parabolische Zylinderkoordinaten \label{parzyl:subsection:finibus}} Im parabloischen Zylinderkoordinatensystem bilden parabolische Zylinder die Koordinatenflächen. -- cgit v1.2.1 From 50f65a2a67b3574d5fbf162ee5951fc189f52319 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: tschwall <55748566+tschwall@users.noreply.github.com> Date: Fri, 29 Jul 2022 13:43:08 +0200 Subject: Let the pain begin --- buch/papers/parzyl/teil2.tex | 108 +++++++++++++++++++++++++++++++------------ buch/papers/parzyl/teil3.tex | 101 +++++++++++++++++++++++++++------------- 2 files changed, 149 insertions(+), 60 deletions(-) (limited to 'buch/papers/parzyl') diff --git a/buch/papers/parzyl/teil2.tex b/buch/papers/parzyl/teil2.tex index c1bd723..1ffdeec 100644 --- a/buch/papers/parzyl/teil2.tex +++ b/buch/papers/parzyl/teil2.tex @@ -6,35 +6,85 @@ \section{Physik sache \label{parzyl:section:teil2}} \rhead{Teil 2} -Sed ut perspiciatis unde omnis iste natus error sit voluptatem -accusantium doloremque laudantium, totam rem aperiam, eaque ipsa -quae ab illo inventore veritatis et quasi architecto beatae vitae -dicta sunt explicabo. Nemo enim ipsam voluptatem quia voluptas sit -aspernatur aut odit aut fugit, sed quia consequuntur magni dolores -eos qui ratione voluptatem sequi nesciunt. Neque porro quisquam -est, qui dolorem ipsum quia dolor sit amet, consectetur, adipisci -velit, sed quia non numquam eius modi tempora incidunt ut labore -et dolore magnam aliquam quaerat voluptatem. Ut enim ad minima -veniam, quis nostrum exercitationem ullam corporis suscipit laboriosam, -nisi ut aliquid ex ea commodi consequatur? Quis autem vel eum iure -reprehenderit qui in ea voluptate velit esse quam nihil molestiae -consequatur, vel illum qui dolorem eum fugiat quo voluptas nulla -pariatur? - -\subsection{De finibus bonorum et malorum + + +\subsection{Elektrisches Feld einer semi-infiniten Platte \label{parzyl:subsection:bonorum}} -At vero eos et accusamus et iusto odio dignissimos ducimus qui -blanditiis praesentium voluptatum deleniti atque corrupti quos -dolores et quas molestias excepturi sint occaecati cupiditate non -provident, similique sunt in culpa qui officia deserunt mollitia -animi, id est laborum et dolorum fuga. Et harum quidem rerum facilis -est et expedita distinctio. Nam libero tempore, cum soluta nobis -est eligendi optio cumque nihil impedit quo minus id quod maxime -placeat facere possimus, omnis voluptas assumenda est, omnis dolor -repellendus. Temporibus autem quibusdam et aut officiis debitis aut -rerum necessitatibus saepe eveniet ut et voluptates repudiandae -sint et molestiae non recusandae. Itaque earum rerum hic tenetur a -sapiente delectus, ut aut reiciendis voluptatibus maiores alias -consequatur aut perferendis doloribus asperiores repellat. +Die parabolischen Zylinderkoordinaten tauchen auf, wenn man das elektrische Feld einer semi-infiniten Platte finden will. Das dies so ist kann mit Hilfe von komplexen Funktionen gezeigt werden. Jede komplexe Funktion $F(z)$, wie in gezeigt, kann geschrieben werden als +\begin{equation} + F(z) = U(x,y) + iV(x,y) \qquad z = x + iy. +\end{equation} +Dabei muss gelten, falls die Funktion differenzierbar ist, dass +\begin{equation} + \frac{\partial U(x,y)}{\partial x} + = + \frac{\partial V(x,y)}{\partial y} + \qquad + \frac{\partial V(x,y)}{\partial x} + = + -\frac{\partial U(x,y)}{\partial y}. +\end{equation} +Aus dieser Bedingung folgt +\begin{equation} + \label{parzyl_e_feld_zweite_ab} + \underbrace{ + \frac{\partial^2 U(x,y)}{\partial x^2} + + + \frac{\partial^2 U(x,y)}{\partial y^2} + = + 0 + }_{\nabla^2U(x,y)=0} + \qquad + \underbrace{ + \frac{\partial^2 V(x,y)}{\partial x^2} + + + \frac{\partial^2 V(x,y)}{\partial y^2} + = + 0 + }_{\nabla^2V(x,y) = 0}. +\end{equation} +Zusätzlich zeigen diese Bedingungen auch, dass die zwei Funktionen $U(x,y)$ und $V(x,y)$ orthogonal zueinander sind. +Der Zusammenhang zum elektrischen Feld ist jetzt, dass das Potential an einem quellenfreien Punkt als +\begin{equation} + \nabla^2\phi(x,y) = 0. +\end{equation} +Da dies bei komplexen differenzierbaren Funktionen gilt, wie Gleichung \ref{parzyl_e_feld_zweite_ab} zeigt, kann entweder $U(x,y)$ oder $V(x,y)$ von einer solchen Funktion als das Potential angesehen werden. Im weiteren wird für dies $U(x,y)$ verwendet. +Da die Funktion, welche nicht das Potential beschreibt $V(x,y)$ orthogonal zum Potential ist, zeigt diese das Verhalten des elektrischen Feldes. +Um nun zu den parabolische Zylinderkoordinaten zu gelangen muss nur noch eine geeignete komplexe Funktion $F(z)$ gefunden werden, welche eine semi-infinite Platte beschreiben kann. Man könnte natürlich auch nach anderen Funktionen suchen, welche andere Bedingungen erfüllen und würde dann auf andere Koordinatensysteme stossen. Die gesuchte Funktion in diesem Fall ist +\begin{equation} + F(z) + = + \sqrt{z} + = + \sqrt{x + iy}. +\end{equation} +Dies kann umgeformt werden zu +\begin{equation} + F(z) + = + \underbrace{\sqrt{\frac{\sqrt{x^2+y^2} + x}{2}}}_{U(x,y)} + + + i\underbrace{\sqrt{\frac{\sqrt{x^2+y^2} - x}{2}}}_{V(x,y)} + . +\end{equation} +Die Äquipotentialflächen können nun betrachtet werden, indem man die Funktion welche das Potential beschreibt gleich eine Konstante setzt, +\begin{equation} + \sigma = U(x,y) = \sqrt{\frac{\sqrt{x^2+y^2} + x}{2}}, +\end{equation} +und die Flächen mit der gleichen elektrischen Feldstärke können als +\begin{equation} + \tau = V(x,y) = \sqrt{\frac{\sqrt{x^2+y^2} - x}{2}} +\end{equation} +beschrieben werden. Diese zwei Gleichungen zeigen nun wie man vom kartesischen Koordinatensystem ins parabolische Zylinderkoordinatensystem kommt. Werden diese Formeln nun nach x und y aufgelöst so beschreibe sie, wie man aus dem parabolischen Zylinderkoordinatensystem zurück ins kartesische rechnen kann +\begin{equation} + x = \sigma \tau, +\end{equation} +\begin{equation} + y = \frac{1}{2}\left ( \tau^2 - \sigma^2 \right ) +\end{equation} + + + + diff --git a/buch/papers/parzyl/teil3.tex b/buch/papers/parzyl/teil3.tex index 72c23ca..a143aa1 100644 --- a/buch/papers/parzyl/teil3.tex +++ b/buch/papers/parzyl/teil3.tex @@ -6,35 +6,74 @@ \section{Teil 3 \label{parzyl:section:teil3}} \rhead{Teil 3} -Sed ut perspiciatis unde omnis iste natus error sit voluptatem -accusantium doloremque laudantium, totam rem aperiam, eaque ipsa -quae ab illo inventore veritatis et quasi architecto beatae vitae -dicta sunt explicabo. Nemo enim ipsam voluptatem quia voluptas sit -aspernatur aut odit aut fugit, sed quia consequuntur magni dolores -eos qui ratione voluptatem sequi nesciunt. Neque porro quisquam -est, qui dolorem ipsum quia dolor sit amet, consectetur, adipisci -velit, sed quia non numquam eius modi tempora incidunt ut labore -et dolore magnam aliquam quaerat voluptatem. Ut enim ad minima -veniam, quis nostrum exercitationem ullam corporis suscipit laboriosam, -nisi ut aliquid ex ea commodi consequatur? Quis autem vel eum iure -reprehenderit qui in ea voluptate velit esse quam nihil molestiae -consequatur, vel illum qui dolorem eum fugiat quo voluptas nulla -pariatur? - -\subsection{De finibus bonorum et malorum +\subsection{Helmholtz Gleichung im parabolischen Zylinderkoordinatensystem \label{parzyl:subsection:malorum}} -At vero eos et accusamus et iusto odio dignissimos ducimus qui -blanditiis praesentium voluptatum deleniti atque corrupti quos -dolores et quas molestias excepturi sint occaecati cupiditate non -provident, similique sunt in culpa qui officia deserunt mollitia -animi, id est laborum et dolorum fuga. Et harum quidem rerum facilis -est et expedita distinctio. Nam libero tempore, cum soluta nobis -est eligendi optio cumque nihil impedit quo minus id quod maxime -placeat facere possimus, omnis voluptas assumenda est, omnis dolor -repellendus. Temporibus autem quibusdam et aut officiis debitis aut -rerum necessitatibus saepe eveniet ut et voluptates repudiandae -sint et molestiae non recusandae. Itaque earum rerum hic tenetur a -sapiente delectus, ut aut reiciendis voluptatibus maiores alias -consequatur aut perferendis doloribus asperiores repellat. - - +Die Differentialgleichungen, welche zu den parabolischen Zylinderfunktionen führen tauchen, wie bereits erwähnt, dann auf, wenn die Helmholtz Gleichung +\begin{equation} + \Delta f(x,y,z) = \lambda f(x,y,z) +\end{equation} +im parabolischen Zylinderkoordinatensystem +\begin{equation} + \Delta f(\sigma,\tau,z) = \lambda f(\sigma,\tau,z) +\end{equation} +gelöst wird. +Wobei der Laplace Operator $\Delta$ im parabolischen Zylinderkoordinatensystem gegeben ist als +\begin{equation} + \nabla + = + \frac{1}{\sigma^2 + \tau^2} + \left ( + \frac{\partial^2}{\partial \sigma^2} + + + \frac{\partial^2}{\partial \tau^2} + \right ) + + + \frac{\partial^2}{\partial z^2}. +\end{equation} +Die Helmholtz Gleichung würde also wie folgt lauten +\begin{equation} + \nabla f(\sigma, \tau, z) + = + \frac{1}{\sigma^2 + \tau^2} + \left ( + \frac{\partial^2 f(\sigma,\tau,z)}{\partial \sigma^2} + + + \frac{\partial^2 f(\sigma,\tau,z)}{\partial \tau^2} + \right ) + + + \frac{\partial^2 f(\sigma,\tau,z)}{\partial z^2} + = + \lambda f(\sigma,\tau,z) +\end{equation} +Diese partielle Differentialgleichung kann mit Hilfe von Separation gelöst werden, dazu wird +\begin{equation} + f(\sigma,\tau,z) = g(\sigma)h(\tau)i(z) +\end{equation} +gesetzt. +Was dann schlussendlich zu den Differentialgleichungen +\begin{equation} + h''(\tau) + - + \left ( + \lambda\tau^2 + - + \mu + \right ) + h(\tau) + = + 0 +\end{equation} +und +\begin{equation} + g''(\sigma) + - + \left ( + \lambda\sigma^2 + + + \mu + \right ) + g(\sigma) + = + 0 +\end{equation} +führt. -- cgit v1.2.1 From 3b98c68ff4e00bd55fd95b4affcaed3b521c32e4 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Alain Date: Fri, 29 Jul 2022 13:49:54 +0200 Subject: ein bild --- buch/papers/parzyl/img/koordinaten.png | Bin 0 -> 159434 bytes buch/papers/parzyl/teil0.tex | 12 ++++++++++++ 2 files changed, 12 insertions(+) create mode 100644 buch/papers/parzyl/img/koordinaten.png (limited to 'buch/papers/parzyl') diff --git a/buch/papers/parzyl/img/koordinaten.png b/buch/papers/parzyl/img/koordinaten.png new file mode 100644 index 0000000..3ee582d Binary files /dev/null and b/buch/papers/parzyl/img/koordinaten.png differ diff --git a/buch/papers/parzyl/teil0.tex b/buch/papers/parzyl/teil0.tex index 2fc8737..ab3056b 100644 --- a/buch/papers/parzyl/teil0.tex +++ b/buch/papers/parzyl/teil0.tex @@ -55,6 +55,18 @@ und y = \frac{1}{2} \left( -\frac{x^2}{\tau^2} + \tau^2 \right). \end{equation} +\begin{figure} + \centering + \includegraphics[scale=0.4]{papers/parzyl/img/koordinaten.png} + \caption{Das parabolische Koordinatensystem. Die roten Parabeln haben ein + konstantes $\sigma$ und die grünen ein konstantes $\tau$.} + \label{fig:cordinates} +\end{figure} + +Abbildung \ref{fig:cordinates} zeigt das Parabolische Koordinatensystem. +Das parabolische Zylinderkoordinatensystem entsteht wenn die Parabeln aus der +Ebene gezogen werden. + \subsection{Differnetialgleichung} Lorem ipsum dolor sit amet, consetetur sadipscing elitr, sed diam nonumy eirmod tempor invidunt ut labore et dolore magna aliquyam -- cgit v1.2.1 From 200d9ac2dd1173bb8e6d4e8389de7c6863b9d76d Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: tschwall <55748566+tschwall@users.noreply.github.com> Date: Fri, 29 Jul 2022 14:41:08 +0200 Subject: Made stuff --- buch/papers/parzyl/teil2.tex | 13 +++++++------ buch/papers/parzyl/teil3.tex | 41 ++++++++++++++++++++++++++++++++++------- 2 files changed, 41 insertions(+), 13 deletions(-) (limited to 'buch/papers/parzyl') diff --git a/buch/papers/parzyl/teil2.tex b/buch/papers/parzyl/teil2.tex index 1ffdeec..59f8b94 100644 --- a/buch/papers/parzyl/teil2.tex +++ b/buch/papers/parzyl/teil2.tex @@ -10,9 +10,11 @@ \subsection{Elektrisches Feld einer semi-infiniten Platte \label{parzyl:subsection:bonorum}} -Die parabolischen Zylinderkoordinaten tauchen auf, wenn man das elektrische Feld einer semi-infiniten Platte finden will. Das dies so ist kann mit Hilfe von komplexen Funktionen gezeigt werden. Jede komplexe Funktion $F(z)$, wie in gezeigt, kann geschrieben werden als +Die parabolischen Zylinderkoordinaten tauchen auf, wenn man das elektrische Feld einer semi-infiniten Platte finden will. +Das dies so ist kann im zwei Dimensionalen mit Hilfe von komplexen Funktionen gezeigt werden. Wobei die Platte dann nur eine Linie ist. +Jede komplexe Funktion $F(z)$ kann geschrieben werden als \begin{equation} - F(z) = U(x,y) + iV(x,y) \qquad z = x + iy. + F(z) = U(x,y) + iV(x,y) \qquad z \in \mathbb{C}; x,y \in \mathbb{R}. \end{equation} Dabei muss gelten, falls die Funktion differenzierbar ist, dass \begin{equation} @@ -44,12 +46,12 @@ Aus dieser Bedingung folgt }_{\nabla^2V(x,y) = 0}. \end{equation} Zusätzlich zeigen diese Bedingungen auch, dass die zwei Funktionen $U(x,y)$ und $V(x,y)$ orthogonal zueinander sind. -Der Zusammenhang zum elektrischen Feld ist jetzt, dass das Potential an einem quellenfreien Punkt als +Der Zusammenhang zum elektrischen Feld ist jetzt, dass das Potential an einem quellenfreien Punkt gegeben ist als \begin{equation} \nabla^2\phi(x,y) = 0. \end{equation} -Da dies bei komplexen differenzierbaren Funktionen gilt, wie Gleichung \ref{parzyl_e_feld_zweite_ab} zeigt, kann entweder $U(x,y)$ oder $V(x,y)$ von einer solchen Funktion als das Potential angesehen werden. Im weiteren wird für dies $U(x,y)$ verwendet. -Da die Funktion, welche nicht das Potential beschreibt $V(x,y)$ orthogonal zum Potential ist, zeigt diese das Verhalten des elektrischen Feldes. +Da dies bei komplexen differenzierbaren Funktionen gilt, wie Gleichung \ref{parzyl_e_feld_zweite_ab} zeigt, kann entweder $U(x,y)$ oder $V(x,y)$ von einer solchen Funktion als das Potential angesehen werden. Im weiteren wird für das Potential $U(x,y)$ verwendet. +Da die Funktion, welche nicht das Potential beschreibt, in weiteren angenommen als $V(x,y)$, orthogonal zum Potential ist, zeigt dies das Verhalten des elektrischen Feldes. Um nun zu den parabolische Zylinderkoordinaten zu gelangen muss nur noch eine geeignete komplexe Funktion $F(z)$ gefunden werden, welche eine semi-infinite Platte beschreiben kann. Man könnte natürlich auch nach anderen Funktionen suchen, welche andere Bedingungen erfüllen und würde dann auf andere Koordinatensysteme stossen. Die gesuchte Funktion in diesem Fall ist \begin{equation} F(z) @@ -87,4 +89,3 @@ beschrieben werden. Diese zwei Gleichungen zeigen nun wie man vom kartesischen K - diff --git a/buch/papers/parzyl/teil3.tex b/buch/papers/parzyl/teil3.tex index a143aa1..0364056 100644 --- a/buch/papers/parzyl/teil3.tex +++ b/buch/papers/parzyl/teil3.tex @@ -51,7 +51,19 @@ Diese partielle Differentialgleichung kann mit Hilfe von Separation gelöst werd \end{equation} gesetzt. Was dann schlussendlich zu den Differentialgleichungen -\begin{equation} +\begin{equation}\label{parzyl_sep_dgl_1} + g''(\sigma) + - + \left ( + \lambda\sigma^2 + + + \mu + \right ) + g(\sigma) + = + 0, +\end{equation} +\begin{equation}\label{parzyl_sep_dgl_2} h''(\tau) - \left ( @@ -63,17 +75,32 @@ Was dann schlussendlich zu den Differentialgleichungen = 0 \end{equation} -und -\begin{equation} - g''(\sigma) - - +und +\begin{equation}\label{parzyl_sep_dgl_3} + i''(z) + + \left ( - \lambda\sigma^2 + \lambda + \mu \right ) - g(\sigma) + i(\tau) = 0 \end{equation} führt. +Wobei die Lösung von \ref{parzyl_sep_dgl_3} +\begin{equation} + i(z) + = + A\cos{ + \left ( + \sqrt{\lambda + \mu}z + \right )} + + + B\sin{ + \left ( + \sqrt{\lambda + \mu}z + \right )} +\end{equation} +ist und \ref{parzyl_sep_dgl_1} und \ref{parzyl_sep_dgl_2} die sogenannten Weberschen Differentialgleichungen sind, welche die parabolischen Zylinder Funktionen als Lösung haben. -- cgit v1.2.1 From 0c3ae18ee42f7b3154642175faea29e957d8bba0 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Alain Date: Fri, 29 Jul 2022 15:53:20 +0200 Subject: skalierungsfaktoren --- buch/papers/parzyl/teil0.tex | 77 +++++++++++++++++++++++++++++++++----------- buch/papers/parzyl/teil1.tex | 32 ------------------ 2 files changed, 59 insertions(+), 50 deletions(-) (limited to 'buch/papers/parzyl') diff --git a/buch/papers/parzyl/teil0.tex b/buch/papers/parzyl/teil0.tex index ab3056b..f6e63d4 100644 --- a/buch/papers/parzyl/teil0.tex +++ b/buch/papers/parzyl/teil0.tex @@ -43,8 +43,10 @@ Im parabloischen Zylinderkoordinatensystem bilden parabolische Zylinder die Koor Die Koordinate $(\sigma, \tau, z)$ sind in kartesischen Koordinaten ausgedrückt mit \begin{align} x & = \sigma \tau \\ + \label{parzyl:coordRelationsa} y & = \frac{1}{2}\left(\tau^2 - \sigma^2\right) \\ z & = z. + \label{parzyl:coordRelationse} \end{align} Wird $\tau$ oder $\sigma$ konstant gesetzt reultieren die Parabeln \begin{equation} @@ -60,26 +62,65 @@ und \includegraphics[scale=0.4]{papers/parzyl/img/koordinaten.png} \caption{Das parabolische Koordinatensystem. Die roten Parabeln haben ein konstantes $\sigma$ und die grünen ein konstantes $\tau$.} - \label{fig:cordinates} + \label{parzyl:fig:cordinates} \end{figure} -Abbildung \ref{fig:cordinates} zeigt das Parabolische Koordinatensystem. +Abbildung \ref{parzyl:fig:cordinates} zeigt das Parabolische Koordinatensystem. Das parabolische Zylinderkoordinatensystem entsteht wenn die Parabeln aus der Ebene gezogen werden. -\subsection{Differnetialgleichung} -Lorem ipsum dolor sit amet, consetetur sadipscing elitr, sed diam -nonumy eirmod tempor invidunt ut labore et dolore magna aliquyam -erat, sed diam voluptua \cite{parzyl:bibtex}. -At vero eos et accusam et justo duo dolores et ea rebum. -Stet clita kasd gubergren, no sea takimata sanctus est Lorem ipsum -dolor sit amet. - -Lorem ipsum dolor sit amet, consetetur sadipscing elitr, sed diam -nonumy eirmod tempor invidunt ut labore et dolore magna aliquyam -erat, sed diam voluptua. -At vero eos et accusam et justo duo dolores et ea rebum. Stet clita -kasd gubergren, no sea takimata sanctus est Lorem ipsum dolor sit -amet. - - +Um in diesem Koordinatensystem integrieren und differenzieren zu +können braucht es die Skalierungsfaktoren $h_{\tau}$, $h_{\sigma}$ und $h_{z}$. +Der Skalierungsfaktor braucht es, damit die Distanzen zwischen zwei +Punkten unabhängig vom Koordinatensystem sind. +Wird eine infinitessimal kleine Distanz $ds$ zwischen zwei Punkten betrachtet +kann dies im kartesischen Koordinatensystem mit +\begin{equation} + \left(ds\right)^2 = \left(dx\right)^2 + \left(dy\right)^2 + + \left(dz\right)^2 + \label{parzyl:eq:ds} +\end{equation} +ausgedrückt werden. +Das Skalierungsfaktoren werden so bestimmt, dass +\begin{equation} + \left(ds\right)^2 = \left(h_{\sigma}d\sigma\right)^2 + + \left(h_{\tau}d\tau\right)^2 + \left(h_z dz\right)^2 +\label{parzyl:eq:dspara} +\end{equation} +gilt. +Dafür werden $dx$, $dy$, und $dz$ in \eqref{parzyl:eq:ds} mit den Beziehungen +von \eqref{parzyl:coordRelationsa} - \eqref{parzyl:coordRelationse} als +\begin{align} + dx &= \frac{\delta x }{\delta \sigma} d\sigma + + \frac{\delta x }{\delta \tau} d\tau + + \frac{\delta x }{\delta \tilde{z}} d \tilde{z} + = \tau d\sigma + \sigma d \tau \\ + dy &= \frac{\delta y }{\delta \sigma} d\sigma + + \frac{\delta y }{\delta \tau} d\tau + + \frac{\delta y }{\delta \tilde{z}} d \tilde{z} + = \tau d\tau - \sigma d \sigma \\ + dz &= \frac{\delta \tilde{z} }{\delta \sigma} d\sigma + + \frac{\delta \tilde{z} }{\delta \tau} d\tau + + \frac{\delta \tilde{z} }{\delta \tilde{z}} d \tilde{z} + = d \tilde{z} \\ +\end{align} +substituiert. +Wird diese gleichung in der Form von \eqref{parzyl:eq:dspara} +geschrieben, resultiert +\begin{equation} + \left(d s\right)^2 = + \left(\sigma^2 + \tau^2\right)\left(d\sigma\right)^2 + + \left(\sigma^2 + \tau^2\right)\left(d\tau\right)^2 + + \left(d \tilde{z}\right)^2. +\end{equation} +Daraus resultieren die Skalierungsfaktoren +\begin{align} + h_{\sigma} &= \sqrt{\sigma^2 + \tau^2}\\ + h_{\sigma} &= \sqrt{\sigma^2 + \tau^2}\\ + h_{z} &= 1. +\end{align} +\subsection{Differentialgleichung} +Möchte man eine Differentialgleichung im parabolischen +Zylinderkoordinatensystem lösen müssen die Skalierungsfaktoren +mitgerechnet werden. +\dots diff --git a/buch/papers/parzyl/teil1.tex b/buch/papers/parzyl/teil1.tex index 7d5c1a4..b7e906c 100644 --- a/buch/papers/parzyl/teil1.tex +++ b/buch/papers/parzyl/teil1.tex @@ -6,36 +6,4 @@ \section{Lösung \label{parzyl:section:teil1}} \rhead{Problemstellung} -\begin{equation} -\int_a^b x^2\, dx -= -\left[ \frac13 x^3 \right]_a^b -= -\frac{b^3-a^3}3. -\label{parzyl:equation1} -\end{equation} -Neque porro quisquam est, qui dolorem ipsum quia dolor sit amet, -consectetur, adipisci velit, sed quia non numquam eius modi tempora -incidunt ut labore et dolore magnam aliquam quaerat voluptatem. - -Ut enim ad minima veniam, quis nostrum exercitationem ullam corporis -suscipit laboriosam, nisi ut aliquid ex ea commodi consequatur? -Quis autem vel eum iure reprehenderit qui in ea voluptate velit -esse quam nihil molestiae consequatur, vel illum qui dolorem eum -fugiat quo voluptas nulla pariatur? - - -Et harum quidem rerum facilis est et expedita distinctio -\ref{parzyl:section:loesung}. -Nam libero tempore, cum soluta nobis est eligendi optio cumque nihil -impedit quo minus id quod maxime placeat facere possimus, omnis -voluptas assumenda est, omnis dolor repellendus -\ref{parzyl:section:folgerung}. -Temporibus autem quibusdam et aut officiis debitis aut rerum -necessitatibus saepe eveniet ut et voluptates repudiandae sint et -molestiae non recusandae. -Itaque earum rerum hic tenetur a sapiente delectus, ut aut reiciendis -voluptatibus maiores alias consequatur aut perferendis doloribus -asperiores repellat. - -- cgit v1.2.1 From 3db5682b70a73baec580d839e5f9e1cc909bd5fb Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: tschwall <55748566+tschwall@users.noreply.github.com> Date: Fri, 29 Jul 2022 16:39:19 +0200 Subject: Stuff added --- buch/papers/parzyl/main.tex | 1 - buch/papers/parzyl/teil0.tex | 108 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++----- buch/papers/parzyl/teil3.tex | 98 --------------------------------------- 3 files changed, 96 insertions(+), 111 deletions(-) (limited to 'buch/papers/parzyl') diff --git a/buch/papers/parzyl/main.tex b/buch/papers/parzyl/main.tex index 01a8d59..0996007 100644 --- a/buch/papers/parzyl/main.tex +++ b/buch/papers/parzyl/main.tex @@ -16,7 +16,6 @@ parabolischen Zyplinderkoordinatensystem genauer untersucht. \input{papers/parzyl/teil0.tex} \input{papers/parzyl/teil1.tex} \input{papers/parzyl/teil2.tex} -\input{papers/parzyl/teil3.tex} \printbibliography[heading=subbibliography] \end{refsection} diff --git a/buch/papers/parzyl/teil0.tex b/buch/papers/parzyl/teil0.tex index ab3056b..f4e8726 100644 --- a/buch/papers/parzyl/teil0.tex +++ b/buch/papers/parzyl/teil0.tex @@ -68,18 +68,102 @@ Das parabolische Zylinderkoordinatensystem entsteht wenn die Parabeln aus der Ebene gezogen werden. \subsection{Differnetialgleichung} -Lorem ipsum dolor sit amet, consetetur sadipscing elitr, sed diam -nonumy eirmod tempor invidunt ut labore et dolore magna aliquyam -erat, sed diam voluptua \cite{parzyl:bibtex}. -At vero eos et accusam et justo duo dolores et ea rebum. -Stet clita kasd gubergren, no sea takimata sanctus est Lorem ipsum -dolor sit amet. +Die Differentialgleichungen, welche zu den parabolischen Zylinderfunktionen führen tauchen, wie bereits erwähnt, dann auf, wenn die Helmholtz Gleichung +\begin{equation} + \Delta f(x,y,z) = \lambda f(x,y,z) +\end{equation} +im parabolischen Zylinderkoordinatensystem +\begin{equation} + \Delta f(\sigma,\tau,z) = \lambda f(\sigma,\tau,z) +\end{equation} +gelöst wird. +Wobei der Laplace Operator $\Delta$ im parabolischen Zylinderkoordinatensystem gegeben ist als +\begin{equation} + \nabla + = + \frac{1}{\sigma^2 + \tau^2} + \left ( + \frac{\partial^2}{\partial \sigma^2} + + + \frac{\partial^2}{\partial \tau^2} + \right ) + + + \frac{\partial^2}{\partial z^2}. +\end{equation} +Die Helmholtz Gleichung würde also wie folgt lauten +\begin{equation} + \nabla f(\sigma, \tau, z) + = + \frac{1}{\sigma^2 + \tau^2} + \left ( + \frac{\partial^2 f(\sigma,\tau,z)}{\partial \sigma^2} + + + \frac{\partial^2 f(\sigma,\tau,z)}{\partial \tau^2} + \right ) + + + \frac{\partial^2 f(\sigma,\tau,z)}{\partial z^2} + = + \lambda f(\sigma,\tau,z) +\end{equation} +Diese partielle Differentialgleichung kann mit Hilfe von Separation gelöst werden, dazu wird +\begin{equation} + f(\sigma,\tau,z) = g(\sigma)h(\tau)i(z) +\end{equation} +gesetzt. +Was dann schlussendlich zu den Differentialgleichungen +\begin{equation}\label{parzyl_sep_dgl_1} + g''(\sigma) + - + \left ( + \lambda\sigma^2 + + + \mu + \right ) + g(\sigma) + = + 0, +\end{equation} +\begin{equation}\label{parzyl_sep_dgl_2} + h''(\tau) + - + \left ( + \lambda\tau^2 + - + \mu + \right ) + h(\tau) + = + 0 +\end{equation} +und +\begin{equation}\label{parzyl_sep_dgl_3} + i''(z) + + + \left ( + \lambda + + + \mu + \right ) + i(\tau) + = + 0 +\end{equation} +führt. +Wobei die Lösung von \ref{parzyl_sep_dgl_3} +\begin{equation} + i(z) + = + A\cos{ + \left ( + \sqrt{\lambda + \mu}z + \right )} + + + B\sin{ + \left ( + \sqrt{\lambda + \mu}z + \right )} +\end{equation} +ist und \ref{parzyl_sep_dgl_1} und \ref{parzyl_sep_dgl_2} die sogenannten Weberschen Differentialgleichungen sind, welche die parabolischen Zylinder Funktionen als Lösung haben. -Lorem ipsum dolor sit amet, consetetur sadipscing elitr, sed diam -nonumy eirmod tempor invidunt ut labore et dolore magna aliquyam -erat, sed diam voluptua. -At vero eos et accusam et justo duo dolores et ea rebum. Stet clita -kasd gubergren, no sea takimata sanctus est Lorem ipsum dolor sit -amet. diff --git a/buch/papers/parzyl/teil3.tex b/buch/papers/parzyl/teil3.tex index 0364056..4e44bd6 100644 --- a/buch/papers/parzyl/teil3.tex +++ b/buch/papers/parzyl/teil3.tex @@ -6,101 +6,3 @@ \section{Teil 3 \label{parzyl:section:teil3}} \rhead{Teil 3} -\subsection{Helmholtz Gleichung im parabolischen Zylinderkoordinatensystem -\label{parzyl:subsection:malorum}} -Die Differentialgleichungen, welche zu den parabolischen Zylinderfunktionen führen tauchen, wie bereits erwähnt, dann auf, wenn die Helmholtz Gleichung -\begin{equation} - \Delta f(x,y,z) = \lambda f(x,y,z) -\end{equation} -im parabolischen Zylinderkoordinatensystem -\begin{equation} - \Delta f(\sigma,\tau,z) = \lambda f(\sigma,\tau,z) -\end{equation} -gelöst wird. -Wobei der Laplace Operator $\Delta$ im parabolischen Zylinderkoordinatensystem gegeben ist als -\begin{equation} - \nabla - = - \frac{1}{\sigma^2 + \tau^2} - \left ( - \frac{\partial^2}{\partial \sigma^2} - + - \frac{\partial^2}{\partial \tau^2} - \right ) - + - \frac{\partial^2}{\partial z^2}. -\end{equation} -Die Helmholtz Gleichung würde also wie folgt lauten -\begin{equation} - \nabla f(\sigma, \tau, z) - = - \frac{1}{\sigma^2 + \tau^2} - \left ( - \frac{\partial^2 f(\sigma,\tau,z)}{\partial \sigma^2} - + - \frac{\partial^2 f(\sigma,\tau,z)}{\partial \tau^2} - \right ) - + - \frac{\partial^2 f(\sigma,\tau,z)}{\partial z^2} - = - \lambda f(\sigma,\tau,z) -\end{equation} -Diese partielle Differentialgleichung kann mit Hilfe von Separation gelöst werden, dazu wird -\begin{equation} - f(\sigma,\tau,z) = g(\sigma)h(\tau)i(z) -\end{equation} -gesetzt. -Was dann schlussendlich zu den Differentialgleichungen -\begin{equation}\label{parzyl_sep_dgl_1} - g''(\sigma) - - - \left ( - \lambda\sigma^2 - + - \mu - \right ) - g(\sigma) - = - 0, -\end{equation} -\begin{equation}\label{parzyl_sep_dgl_2} - h''(\tau) - - - \left ( - \lambda\tau^2 - - - \mu - \right ) - h(\tau) - = - 0 -\end{equation} -und -\begin{equation}\label{parzyl_sep_dgl_3} - i''(z) - + - \left ( - \lambda - + - \mu - \right ) - i(\tau) - = - 0 -\end{equation} -führt. -Wobei die Lösung von \ref{parzyl_sep_dgl_3} -\begin{equation} - i(z) - = - A\cos{ - \left ( - \sqrt{\lambda + \mu}z - \right )} - + - B\sin{ - \left ( - \sqrt{\lambda + \mu}z - \right )} -\end{equation} -ist und \ref{parzyl_sep_dgl_1} und \ref{parzyl_sep_dgl_2} die sogenannten Weberschen Differentialgleichungen sind, welche die parabolischen Zylinder Funktionen als Lösung haben. -- cgit v1.2.1 From 81b33c456132ec906ca12f48c78cca83fe1c6437 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Alain Date: Fri, 29 Jul 2022 16:44:28 +0200 Subject: mehr sachen --- buch/papers/parzyl/teil0.tex | 2 +- buch/papers/parzyl/teil1.tex | 17 +++++++++++++++++ 2 files changed, 18 insertions(+), 1 deletion(-) (limited to 'buch/papers/parzyl') diff --git a/buch/papers/parzyl/teil0.tex b/buch/papers/parzyl/teil0.tex index f6e63d4..650428f 100644 --- a/buch/papers/parzyl/teil0.tex +++ b/buch/papers/parzyl/teil0.tex @@ -113,7 +113,7 @@ geschrieben, resultiert \left(\sigma^2 + \tau^2\right)\left(d\tau\right)^2 + \left(d \tilde{z}\right)^2. \end{equation} -Daraus resultieren die Skalierungsfaktoren +Daraus ergeben sich die Skalierungsfaktoren \begin{align} h_{\sigma} &= \sqrt{\sigma^2 + \tau^2}\\ h_{\sigma} &= \sqrt{\sigma^2 + \tau^2}\\ diff --git a/buch/papers/parzyl/teil1.tex b/buch/papers/parzyl/teil1.tex index b7e906c..1ae7bfd 100644 --- a/buch/papers/parzyl/teil1.tex +++ b/buch/papers/parzyl/teil1.tex @@ -6,4 +6,21 @@ \section{Lösung \label{parzyl:section:teil1}} \rhead{Problemstellung} +Die Differentialgleichung aus \dots kann mit einer Substitution +in die Whittaker Gleichung gelöst werden. +\begin{definition} + Die Funktion + \begin{equation*} + W_{k,m}(z) = + e^{-z/2} z^{m+1/2} \, + {}_{1} F_{1}(\frac{1}{2} + m - k, 1 + 2m; z) + \end{equation*} + heisst Whittaker Funktion und ist eine Lösung + von + \begin{equation} + \frac{d^2W}{d z^2} + + \left(-\frac{1}{4} + \frac{k}{z} + \frac{\frac{1}{4} - m^2}{z^2} \right) W = 0. + \end{equation} +\end{definition} + -- cgit v1.2.1 From 8c6b72db5c5f9bc5aa59526cb033f22b1dc25627 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Alain Date: Fri, 29 Jul 2022 18:20:55 +0200 Subject: verbesserungen --- buch/papers/parzyl/main.tex | 5 +- buch/papers/parzyl/teil0.tex | 110 +++++++++++++++++++++++++------------------ buch/papers/parzyl/teil1.tex | 4 +- buch/papers/parzyl/teil2.tex | 2 +- 4 files changed, 68 insertions(+), 53 deletions(-) (limited to 'buch/papers/parzyl') diff --git a/buch/papers/parzyl/main.tex b/buch/papers/parzyl/main.tex index 0996007..528a2e2 100644 --- a/buch/papers/parzyl/main.tex +++ b/buch/papers/parzyl/main.tex @@ -8,10 +8,7 @@ \begin{refsection} \chapterauthor{Thierry Schwaller, Alain Keller} -Die Laplace-Gleichung ist eine wichtige Gleichung in der Physik. -Mit ihr lässt sich zum Beispiel das elektrische Feld in einem ladungsfreien Raum bestimmen. -In diesem Kapitel wird die Lösung der Laplace-Gliechung im -parabolischen Zyplinderkoordinatensystem genauer untersucht. + \input{papers/parzyl/teil0.tex} \input{papers/parzyl/teil1.tex} diff --git a/buch/papers/parzyl/teil0.tex b/buch/papers/parzyl/teil0.tex index a77398d..4b251db 100644 --- a/buch/papers/parzyl/teil0.tex +++ b/buch/papers/parzyl/teil0.tex @@ -3,21 +3,24 @@ % % (c) 2020 Prof Dr Andreas Müller, Hochschule Rapperswil % -\section{Problem\label{parzyl:section:teil0}} +\section{Einleitung\label{parzyl:section:teil0}} \rhead{Teil 0} - +Die Laplace-Gleichung ist eine wichtige Gleichung in der Physik. +Mit ihr lässt sich zum Beispiel das elektrische Feld in einem ladungsfreien Raum bestimmen. +In diesem Kapitel wird die Lösung der Laplace-Gleichung im +parabolischen Zylinderkoordinatensystem genauer untersucht. \subsection{Laplace Gleichung} Die partielle Differentialgleichung \begin{equation} \Delta f = 0 \end{equation} -ist als Laplace Gleichung bekannt. -Sie ist eine spezielle Form der poisson Gleichung +ist als Laplace-Gleichung bekannt. +Sie ist eine spezielle Form der Poisson-Gleichung \begin{equation} \Delta f = g \end{equation} mit g als beliebige Funktion. -In der Physik hat die Laplace Gleichung in verschieden Gebieten +In der Physik hat die Laplace-Gleichung in verschieden Gebieten verwendet, zum Beispiel im Elektromagnetismus. Das Gaussche Gesetz in den Maxwellgleichungen \begin{equation} @@ -35,11 +38,11 @@ Eingesetzt in \eqref{parzyl:eq:max1} resultiert \begin{equation} \nabla \cdot \nabla \phi = \Delta \phi = \frac{\varrho}{\epsilon_0}, \end{equation} -was eine Possion gleichung ist. +was eine Possion-Gleichung ist. An Ladungsfreien Stellen, ist der rechte Teil der Gleichung $0$. \subsection{Parabolische Zylinderkoordinaten \label{parzyl:subsection:finibus}} -Im parabloischen Zylinderkoordinatensystem bilden parabolische Zylinder die Koordinatenflächen. +Im parabolischen Zylinderkoordinatensystem bilden parabolische Zylinder die Koordinatenflächen. Die Koordinate $(\sigma, \tau, z)$ sind in kartesischen Koordinaten ausgedrückt mit \begin{align} x & = \sigma \tau \\ @@ -48,7 +51,7 @@ Die Koordinate $(\sigma, \tau, z)$ sind in kartesischen Koordinaten ausgedrückt z & = z. \label{parzyl:coordRelationse} \end{align} -Wird $\tau$ oder $\sigma$ konstant gesetzt reultieren die Parabeln +Wird $\tau$ oder $\sigma$ konstant gesetzt resultieren die Parabeln \begin{equation} y = \frac{1}{2} \left( \frac{x^2}{\sigma^2} - \sigma^2 \right) \end{equation} @@ -68,10 +71,12 @@ und Abbildung \ref{parzyl:fig:cordinates} zeigt das Parabolische Koordinatensystem. Das parabolische Zylinderkoordinatensystem entsteht wenn die Parabeln aus der Ebene gezogen werden. + Um in diesem Koordinatensystem integrieren und differenzieren zu können braucht es die Skalierungsfaktoren $h_{\tau}$, $h_{\sigma}$ und $h_{z}$. -Der Skalierungsfaktor braucht es, damit die Distanzen zwischen zwei -Punkten unabhängig vom Koordinatensystem sind. + +\dots + Wird eine infinitessimal kleine Distanz $ds$ zwischen zwei Punkten betrachtet kann dies im kartesischen Koordinatensystem mit \begin{equation} @@ -90,21 +95,21 @@ gilt. Dafür werden $dx$, $dy$, und $dz$ in \eqref{parzyl:eq:ds} mit den Beziehungen von \eqref{parzyl:coordRelationsa} - \eqref{parzyl:coordRelationse} als \begin{align} - dx &= \frac{\delta x }{\delta \sigma} d\sigma + - \frac{\delta x }{\delta \tau} d\tau + - \frac{\delta x }{\delta \tilde{z}} d \tilde{z} + dx &= \frac{\partial x }{\partial \sigma} d\sigma + + \frac{\partial x }{\partial \tau} d\tau + + \frac{\partial x }{\partial \tilde{z}} d \tilde{z} = \tau d\sigma + \sigma d \tau \\ - dy &= \frac{\delta y }{\delta \sigma} d\sigma + - \frac{\delta y }{\delta \tau} d\tau + - \frac{\delta y }{\delta \tilde{z}} d \tilde{z} + dy &= \frac{\partial y }{\partial \sigma} d\sigma + + \frac{\partial y }{\partial \tau} d\tau + + \frac{\partial y }{\partial \tilde{z}} d \tilde{z} = \tau d\tau - \sigma d \sigma \\ - dz &= \frac{\delta \tilde{z} }{\delta \sigma} d\sigma + - \frac{\delta \tilde{z} }{\delta \tau} d\tau + - \frac{\delta \tilde{z} }{\delta \tilde{z}} d \tilde{z} + dz &= \frac{\partial \tilde{z} }{\partial \sigma} d\sigma + + \frac{\partial \tilde{z} }{\partial \tau} d\tau + + \frac{\partial \tilde{z} }{\partial \tilde{z}} d \tilde{z} = d \tilde{z} \\ \end{align} substituiert. -Wird diese gleichung in der Form von \eqref{parzyl:eq:dspara} +Wird diese Gleichung in der Form von \eqref{parzyl:eq:dspara} geschrieben, resultiert \begin{equation} \left(d s\right)^2 = @@ -120,11 +125,22 @@ Daraus ergeben sich die Skalierungsfaktoren \end{align} \subsection{Differentialgleichung} Möchte man eine Differentialgleichung im parabolischen -Zylinderkoordinatensystem lösen müssen die Skalierungsfaktoren -mitgerechnet werden. -\dots -\subsection{Lösung der Helmholtz Gleichung im parabolischen Zylinderfunktion} -Die Differentialgleichungen, welche zu den parabolischen Zylinderfunktionen führen tauchen, wie bereits erwähnt, dann auf, wenn die Helmholtz Gleichung +Zylinderkoordinatensystem aufstellen müssen die Skalierungsfaktoren +mitgerechnet werden. +Der Laplace Operator ist dadurch gegeben als +\begin{equation} + \Delta f = \frac{1}{\sigma^2 + \tau^2} + \left( + \frac{\partial^2 f}{\partial \sigma ^2} + + \frac{\partial^2 f}{\partial \tau ^2} + \right) + + \frac{\partial^2 f}{\partial z}. + \label{parzyl:eq:laplaceInParZylCor} +\end{equation} +\subsubsection{Lösung der Helmholtz-Gleichung im parabolischen Zylinderfunktion} +Die Differentialgleichungen, welche zu den parabolischen Zylinderfunktionen führen, tauchen +%, wie bereits erwähnt, +dann auf, wenn die Helmholtz-Gleichung \begin{equation} \Delta f(x,y,z) = \lambda f(x,y,z) \end{equation} @@ -133,22 +149,22 @@ im parabolischen Zylinderkoordinatensystem \Delta f(\sigma,\tau,z) = \lambda f(\sigma,\tau,z) \end{equation} gelöst wird. -Wobei der Laplace Operator $\Delta$ im parabolischen Zylinderkoordinatensystem gegeben ist als -\begin{equation} - \nabla - = - \frac{1}{\sigma^2 + \tau^2} - \left ( - \frac{\partial^2}{\partial \sigma^2} - + - \frac{\partial^2}{\partial \tau^2} - \right ) - + - \frac{\partial^2}{\partial z^2}. -\end{equation} -Die Helmholtz Gleichung würde also wie folgt lauten -\begin{equation} - \nabla f(\sigma, \tau, z) +%Wobei der Laplace Operator $\Delta$ im parabolischen Zylinderkoordinatensystem gegeben ist als +%\begin{equation} +% \Delta +% = +% \frac{1}{\sigma^2 + \tau^2} +% \left ( +% \frac{\partial^2}{\partial \sigma^2} +% + +% \frac{\partial^2}{\partial \tau^2} +% \right ) +% + +% \frac{\partial^2}{\partial z^2}. +%\end{equation} +Mit dem Laplace Operator aus \eqref{parzyl:eq:laplaceInParZylCor} lautet die Helmholtz Gleichung +\begin{equation} + \Delta f(\sigma, \tau, z) = \frac{1}{\sigma^2 + \tau^2} \left ( @@ -159,7 +175,7 @@ Die Helmholtz Gleichung würde also wie folgt lauten + \frac{\partial^2 f(\sigma,\tau,z)}{\partial z^2} = - \lambda f(\sigma,\tau,z) + \lambda f(\sigma,\tau,z). \end{equation} Diese partielle Differentialgleichung kann mit Hilfe von Separation gelöst werden, dazu wird \begin{equation} @@ -167,7 +183,7 @@ Diese partielle Differentialgleichung kann mit Hilfe von Separation gelöst werd \end{equation} gesetzt. Was dann schlussendlich zu den Differentialgleichungen -\begin{equation}\label{parzyl_sep_dgl_1} +\begin{equation}\label{parzyl:sep_dgl_1} g''(\sigma) - \left ( @@ -179,7 +195,7 @@ Was dann schlussendlich zu den Differentialgleichungen = 0, \end{equation} -\begin{equation}\label{parzyl_sep_dgl_2} +\begin{equation}\label{parzyl:sep_dgl_2} h''(\tau) - \left ( @@ -192,7 +208,7 @@ Was dann schlussendlich zu den Differentialgleichungen 0 \end{equation} und -\begin{equation}\label{parzyl_sep_dgl_3} +\begin{equation}\label{parzyl:sep_dgl_3} i''(z) + \left ( @@ -205,7 +221,7 @@ und 0 \end{equation} führt. -Wobei die Lösung von \ref{parzyl_sep_dgl_3} +Wobei die Lösung von \eqref{parzyl:sep_dgl_3} \begin{equation} i(z) = @@ -219,7 +235,7 @@ Wobei die Lösung von \ref{parzyl_sep_dgl_3} \sqrt{\lambda + \mu}z \right )} \end{equation} -ist und \ref{parzyl_sep_dgl_1} und \ref{parzyl_sep_dgl_2} die sogenannten Weberschen Differentialgleichungen sind, welche die parabolischen Zylinder Funktionen als Lösung haben. +ist und \eqref{parzyl:sep_dgl_1} und \eqref{parzyl:sep_dgl_2} die sogenannten Weberschen Differentialgleichungen sind, welche die parabolischen Zylinder Funktionen als Lösung haben. diff --git a/buch/papers/parzyl/teil1.tex b/buch/papers/parzyl/teil1.tex index 1ae7bfd..f297189 100644 --- a/buch/papers/parzyl/teil1.tex +++ b/buch/papers/parzyl/teil1.tex @@ -6,7 +6,7 @@ \section{Lösung \label{parzyl:section:teil1}} \rhead{Problemstellung} -Die Differentialgleichung aus \dots kann mit einer Substitution +Die Differentialgleichungen \eqref{parzyl:sep_dgl_1} und \eqref{parzyl:sep_dgl_2} können mit einer Substitution in die Whittaker Gleichung gelöst werden. \begin{definition} Die Funktion @@ -23,4 +23,6 @@ in die Whittaker Gleichung gelöst werden. \end{equation} \end{definition} +Lösung Folgt\dots + diff --git a/buch/papers/parzyl/teil2.tex b/buch/papers/parzyl/teil2.tex index 59f8b94..3f890d0 100644 --- a/buch/papers/parzyl/teil2.tex +++ b/buch/papers/parzyl/teil2.tex @@ -3,7 +3,7 @@ % % (c) 2020 Prof Dr Andreas Müller, Hochschule Rapperswil % -\section{Physik sache +\section{Anwendung in der Physik \label{parzyl:section:teil2}} \rhead{Teil 2} -- cgit v1.2.1