Funzione parabolica del cilindro

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In matematica, una funzione parabolica del cilindro è una funzione speciale che è soluzione dell'equazione differenziale lineare del secondo ordine detta equazione di Weber, un caso particolare dell'equazione ipergeometrica confluente che ha la forma:

\frac{d^2 f}{dz^2} + \left(az^2+bz+c\right)f=0

dove a, b e c sono costanti. Si tratta di un'equazione che può essere ricavata dall'equazione di Laplace espressa in coordinate parabolico cilindriche tramite separazione delle variabili. Storicamente le funzioni paraboliche del cilindro furono infatti introdotte dal matematico tedesco Weber nel 1869 per risolvere l'equazione di Helmholtz in coordinate paraboliche.

L'equazione[modifica | modifica wikitesto]

Mediante un cambiamento di variabile si può mettere sotto le due distinte forme seguenti:

 \frac{d^2f}{dz^2} - \left(\frac{z^2}{4}+a\right)f=0 \qquad *
 \frac{d^2f}{dz^2} + \left(\frac{z^2}{4}-a\right)f=0 \qquad **

dove sostituendo f=z^{-1/2} W e y=z^2/2 si ottiene l'equazione di Whittaker.

Se una soluzione ha la forma:

f(a,z)

sono soluzioni anche f(a,-z), f(-a,iz) e f(-a,-iz) .

Se una soluzione della * ha la forma:

f(a,z)

una soluzione della ** è:

 f\left( -ia,z\cdot e^{i \pi/4} \right)

e per simmetria sono soluzioni della ** anche

\, f\left( -ia,-z\cdot e^{i \pi/4} \right) \qquad
f\left( ia,-z\cdot e^{-i \pi/4} \right) \qquad
f\left( ia,z\cdot e^{-i \pi/4} \right)

Soluzioni[modifica | modifica wikitesto]

L'equazione * possiede soluzioni indipendenti pari e dispari:

y_1(a;z) = \exp(-z^2/4) \;_1F_1 
\left(\frac{a}{2}+\frac{1}{4}; \;
\frac{1}{2}\; ; \; \frac{z^2}{2}\right)

e:

y_2(a;z) = z\exp(-z^2/4) \;_1F_1 
\left(\frac{a}{2}+\frac{3}{4}; \;
\frac{3}{2}\; ; \; \frac{z^2}{2}\right)

dove \;_1F_1 (a;b;z)=M(a;b;z)\; denota l'equazione ipergeometrica confluente.

Per valori di a semidispari queste soluzioni possono essere riespresse in termini di polinomi di Hermite; alternativamente esse possono essere espresse in termini di funzioni di Bessel.

Notazione di Whittaker e Watson[modifica | modifica wikitesto]

Una notazione alternativa per le soluzioni dell'equazione * è utilizzata nel libro di Whittaker e Watson. La funzione:

D_{n}(z)=2^{n/2+1/4}z^{-1/2} W_{n/2+1/4,-1/4}(z^2/2)

dove W_{\kappa,\mu}(z) è una funzione di Whittaker che è soluzione dell'equazione * per -a=n+1/2

Altre soluzioni de l'equazione * sono D_{n}(-z), D_{-n-1}(iz) e D_{-n-1}(iz).

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]

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