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% teil1.tex -- Beispiel-File für das Paper
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% (c) 2020 Prof Dr Andreas Müller, Hochschule Rapperswil
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\section{Lösung
\label{parzyl:section:teil1}}
\rhead{Lösung}
Die Differentialgleichungen \eqref{parzyl:sep_dgl_1} und \eqref{parzyl:sep_dgl_2} können mit
Hilfe der Whittaker Gleichung gelöst werden.
\begin{definition}
Die Funktion
\begin{equation*}
W_{k,m}(z) =
e^{-z/2} z^{m+1/2} \,
{}_{1} F_{1}
(
{\textstyle \frac{1}{2}}
+ m - k, 1 + 2m; z)
\end{equation*}
heisst Whittaker Funktion und ist eine Lösung
von der Whittaker Differentialgleichung
\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.
\label{parzyl:eq:whitDiffEq}
\end{equation}
\end{definition}
Es wird nun die Differentialgleichung bestimmt, welche
\begin{equation}
w = z^{-1/2} W_{k,-1/4} \left({\textstyle \frac{1}{2}} z^2\right)
\end{equation}
als Lösung hat.
Dafür wird $w$ in \eqref{parzyl:eq:whitDiffEq} eingesetzt woraus
\begin{equation}
\frac{d^2 w}{dz^2} - \left(\frac{1}{4} z^2 - 2k\right) w = 0
\label{parzyl:eq:weberDiffEq}
\end{equation}
resultiert. DIese Differentialgleichung ist dieselbe wie
\eqref{parzyl:sep_dgl_2} und \eqref{parzyl:sep_dgl_2}, welche somit
$w$ als Lösung haben.
Da es sich um eine Differentialgleichung zweiter Ordnung handelt, hat sie nicht nur
eine sondern zwei Lösungen.
Die zweite Lösung der Whittaker-Gleichung ist $W_{k,-m} (z)$.
Somit hat \eqref{parzyl:eq:weberDiffEq}
\begin{align}
w_1 & = z^{-1/2} W_{k,-1/4} \left({\textstyle \frac{1}{2}} z^2\right)\\
w_2 & = z^{-1/2} W_{k,1/4} \left({\textstyle \frac{1}{2}} z^2\right)
\end{align}
als Lösungen.
Ausgeschrieben ergeben sich als Lösungen
\begin{align}
\label{parzyl:eq:solution_dgl}
w_1 &= e^{-z^2/4} \,
{}_{1} F_{1}
(
{\textstyle \frac{1}{4}}
- k, {\textstyle \frac{1}{2}} ; {\textstyle \frac{1}{2}}z^2) \\
w_2 & = z e^{-z^2/4} \,
{}_{1} F_{1}
({\textstyle \frac{3}{4}}
- k, {\textstyle \frac{3}{2}} ; {\textstyle \frac{1}{2}}z^2)
\end{align}
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