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УрМатФиз / УрМатФиз с теорией

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2.2.6 2.2.1 :

 

1

d 0

r

dR r 1

' +

d2

R r

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

dr @

 

dr A

d'2

r2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R r + R r

 

'

 

 

 

 

 

 

r

=

:

2:2:7

 

 

 

 

 

 

R r

'

 

 

 

 

 

 

r2

 

 

 

 

2.2.7 ! " r, | '. %

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. (' ) &

:

 

 

R r + R r

 

 

'

 

 

 

r

=

= :

 

 

 

 

 

 

R r

'

 

 

r2

 

 

 

 

 

 

( * ) O+,

 

 

 

 

 

 

 

R r + 1R r

 

R r = 0

2:2:8

 

 

 

r

 

r2

 

 

' + ' = 0:

 

2:2:9

2.2.6 " ) 2.2.5 )

 

0 = 2

0 = 2 :

2:2:10

0 " ) 2.2.9 , 2.2.10 " ' 1 ) 2- |4 " " ' 5 ) 1 ' 5 - ! 1. 6 7 ) 2.2.9 , 2.2.10 . 1 . . 8 '-) " *9 ' ! *

*9 1

 

 

 

 

 

 

 

 

0 = 0

0 ' = 1<

 

 

2:2:11

n = n 2

 

2:2:12

n ' = An cos n' + Bn sin n' n =

1 1

:

% =

 

+, 2.2.8 = 0 = 0 = n = n 2:

 

 

 

R0 r +

1R0 r = 0

2:2:13

 

 

 

 

r

 

41

n r + 1rRn r

= n:

n2

r2 Rn r = 0 n = 1 1:

. 4

R0 r = C0 + D0 ln r

Rn r = Cnrn + Dnr n n = 1 1:

:2:14

:2:15

! " # ! $% D = fr ag, " ' '%-

# ' ! r ! 0

! D0 = 0 Dn = 0: )

! " #

+ ,!

 

R0 r = C0 Rn r = Cnrn n =

 

:

:2:16

1 1

! " # $% D = fr ag, " ' % -

' ! r ! 1

 

! D0 = 0 n = 0 n = 1 1: )

" #

 

+ ,!

 

 

R0 r = C0

 

Rn r = Dnr n n =

 

:

:2:17

 

1 1

/!$, + # !

 

 

 

 

 

 

un r ' = Rn r0n ' n =

 

:

 

0 1

 

1

+

$!2 ++ 3 # ! 3 un r ':

 

 

a0

1

n

 

 

 

 

 

 

ur ' = n=0 un r ' =

2 + n=1 r

 

an cos n' + bn sin n'

:2:18

' % , #!' 4!'! 5$6 ' 2 +'7 ' 7 '# ' 55 6 ' !2 ' + + r '. 8 4!'+ $'455 6 ! a0 = 2C0 an = AnCn bn = BnCn " ! . 9 + 3, ' !

% # ' '

g ' = a0 +

1

 

an an cos n' + bn sin n' :

:2:19

2

n=1

 

' # ' 7 ! ! ' ' " '7 " ! ' 5$6 g' ;2 ' ! %' '+ ! # $' ! + 5$6 fcos n' sin n'g n = 0 1: ! , 3' +:

42

 

 

 

2

 

an =

1

Z g ' cos n' d'

bn =

1

Z g ' sin n' d'

2:2:20

a

an

 

 

0

0

 

 

 

 

n =

 

:

 

 

 

 

0 1

 

u r ',2.2.18 , ! " an bn " # $ 2.2.20 .

% ! " an bn & , $'# 2.2.20 . ( $ 2.2.182.2.2 $

 

cos 2' = a0

1

4 sin2 ' = 2 1

+ X an an cos n' + bn sin n' :

 

2

n=1

+ ! ! " $ ", - , , $, $

a0 = 4 a2 = 2a 2 an = 0 n 6= 0n 6= 2bn = 0 n = 1 1: 2:2:21

( 2.2.21 2.2.18 $ 2.2.1 , 2.2.2 , 2.2.3 :

u r ' = 2 1 a 2r2 cos 2' :

2.2.1 , 2.2.2 , 2.2.4 ' 0' " ", ", un r ':

u r ' = X un r ' =

a0 + X r n an cos n' + bn sin n'

2:2:22

1

1

 

n=0

2 n=1

 

$ $ , ! 0 " & & " $0 $ $" r '. % ! ! " a0 = 2C0, an = AnDn, bn = BnDn ".

1 ,, $ 2.2.22 2.2.2 :

a0 1

g ' = + X a n an cos n' + bn sin n' :

2 n=1

2 ! 3 0 , ! "

 

a

n 2

 

a

n 2

 

an =

 

Z g ' cos n' d'

bn =

 

Z g ' sin n' d' n =

 

:

2:2:23

 

 

0 1

 

 

0

 

 

0

 

 

 

43

u r ',2.2.22 , an bn 2.2.23 .

" an bn # , $2.2.23 . % 2.2.222.2.2

4 sin

2

' = 2 1

cos 2' =

a0

+ n=1 a

n

an cos n' + bn sin n' :

 

2

 

* + - + + ,

a0 = 4 a2 = 2a2 an = 0 n 6= 0 n 6= 2 bn = 0 n = 1 1: 2:2:24

% 2.2.24 2.2.22 2.2.1 , 2.2.2 , 2.2.4

 

u r ' = 2 1 a2r

2 cos 2' :

 

.

2.2.1 | 2.2.3

 

u r ' = 2 1 a 2r2 cos 2'/

2:2:25

 

2.2.1 , 2.2.2 , 2.2.4

 

 

u r ' = 2 1 a2r

2 cos 2' :

2:2:26

2.2.1.

 

3

4u = 0 D = fr ag De = fr ag.

1.

u r=a= sin ' + 2 cos ' D = fr ag:

2.

ur

=

2 cos 2' sin ' De = fr ag:

 

 

 

r=a

 

3.

u

r

r=a=

2 cos 2' 3 sin 3' D = fr ag:

4.

ur u

= 3 cos ' + sin 2' De = fr ag:

 

 

 

 

r=a

44

5.

ur + 3u

= sin ' + cos 2'

D = fr ag:

 

 

 

 

r=a

 

 

 

 

6.

u

 

= 3 sin2 '

De = fr ag:

 

 

r=a

 

 

 

 

 

7.

u

 

= 2 sin2 2'

D = fr ag:

 

 

r=a

 

 

 

 

 

8.

ur

= 2 sin ' 3 cos 2'

De = fr ag:

 

 

 

r=a

 

 

 

 

 

9.

u

r

r=a= 3 cos 2' 2 sin '

D = fr ag:

 

10.

ur 3u

= cos ' sin '

De = fr ag:

 

 

 

 

r=a

 

 

 

 

11.

ur + 2u

= cos ' sin '

D = fr ag:

 

 

 

 

r=a

 

 

 

 

12.

u

 

= 4 sin ' + cos 2'

De = fr ag:

 

 

r=a

 

 

 

 

 

13.

u r=a= 3 cos 2' + sin '

D = fr ag:

14.

u

 

= sin2 ' De = fr ag:

 

 

 

r=a

 

 

 

 

 

15.

u

 

= 2 cos2 '

D = fr ag:

 

 

r=a

 

 

 

 

 

16.

ur u

= 3 cos ' sin '

De = fr ag:

 

 

 

r=a

 

 

 

 

17.

ur + u

= sin 2' + cos '

D = fr ag:

 

 

 

r=a

 

 

 

 

18.

u

 

= cos 3' + 2 sin '

De = fr ag:

 

 

r=a

 

 

 

 

 

19.

u

r

r=a= 2 sin 2' 3 cos '

D = fr ag:

 

20.

ur

= 2 cos ' + sin 2'

 

De = fr ag:

 

 

 

r=a

 

 

 

 

 

21.

ur r=a= 3 cos ' + 2 sin 2'

D = fr ag:

22.

ur 3u

= sin ' + cos 2'

De = fr ag:

 

 

 

 

r=a

 

 

 

 

23.

ur + 2u

= sin 2' + cos '

D = fr ag:

 

 

 

 

r=a

 

 

 

 

45

24.

u

= 2 cos2 ' De = fr ag:

 

 

 

r=a

 

 

 

 

 

25.

u r=a= 3 sin 3' cos '

D = fr ag:

 

26.

ur r=a= 3 sin 2' cos '

De = fr ag:

 

27.

ur r=a= sin ' + cos ' D = fr ag:

 

28.

ur u r=a= sin ' cos 2'

De = fr ag:

 

29.

ur + u = cos 2' + sin '

D = fr ag:

 

 

 

r=a

 

 

 

 

 

30.

u

= 2 sin2 2' De = fr ag:

 

 

 

r=a

 

 

 

 

 

2.2.2. ! ""#

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

4u = 1r

@

r@u@r ! +

1

@'@ u2 = f r '

2:2:27

 

 

@r

r2

" # # # % & % " # %

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u r=a= 0 :

2:2:28

1 & D = fr ag " (# % #&

#" -

* r ! 0 2.2.3

 

 

 

 

 

 

 

 

f r ' = r2 cos 2'+

2:2:29

2 & D = fr ag " (# % & #" *

r ! 1 2.2.4

 

f r ' = r 2 cos 2':

2:2:30

.

 

.

%#, # " #,

*# "#("

% - . % #* # / * " #( " D

D " & % " # % 2.2.28 , # # , 1 " - -

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*# "#("

% - . % #4 " #* # / * " , # # -

" # # # * % #4 ', % # *# "#(" % - . %

46

| 2.2.9 , 2.2.10 f n ' g, n = 0 1. 2.2.11 2.2.12 .

 

2.2.27 , 2.2.28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

" #

 

 

$ An r

n r

=

0 1

 

u r

 

 

= A0 r +

 

 

 

 

 

 

An r cos n' + Bn r sin n'

2:2:31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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) r '. -

+

 

 

 

 

 

 

f x y * * # , :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f r

 

= f0c r +

 

 

 

 

 

fnc r cos n' + fns r sin n'

2:2:32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

" $

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

f0c r =

 

Z

 

f r

 

 

 

d'

 

 

fnc r =

Z

f r

cos n' d'

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2:2:33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fns r = 1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

f r

sin n' d':

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. 2.2.31 2.2.32 2.2.27 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

1

 

 

d

 

 

0

 

dA0 r 1

 

c

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@

r

 

 

 

 

 

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+ f0 r = +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

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1

 

8

1

 

 

 

d

0r

dAn r

1

n2

 

 

 

c

9

 

 

 

 

+ X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 An r + fn r = cos n'+

2:2:34

 

r

dr

 

dr

 

 

 

r

n=1

:

 

 

@

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 1

 

81

 

d

0rdBn r 1

n2 Bn r + fns r 9 sin n' = 0:

 

 

X

r

 

 

dr @

 

 

 

dr

 

 

 

A

 

r

2

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

n=1

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

2.2.34 ) * # ,

 

 

*

 

+, , $

f g +:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

d

 

 

0r

dA0 r

1 =

 

c

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

dr

@

 

dr

 

A

 

 

 

 

 

 

 

47

1

 

 

d 0

dAn r 1

n2

r

 

 

@r

 

A r2 An r =

dr

dr

1

 

 

d 0

dBn r 1

n2

 

 

 

@r

 

 

A r2 Bn r =

r

dr

 

dr

fn r n =

1 1

 

2:2:35

c

 

fns r n = 1 1:

2.2.31 2.2.28! An r Bn r:

An a = 0 Bn a = 0 n = 0 1: 2:2:36

% ! & ' D ( - ' * ! 2.2.3

jAn r j M jBn r j M n =

0 1

r ! 0:

2:2:37

% , ! & ' D ( '- * 2.2.4

jAn r j M jBn r j M n = 0 1 r ! 1: 2:2:38

. & /01 2.2.35 , 2.2.36 , 2.2.37 2.2.38 3 & ( * ! An r Bn r,

2.2.31 , ! & .

%, ! ! & 4 fnc r fns r n = 0 1! , ' 3 2.2.33 .

5 , 2.2.27 , 2.2.28 , 2.2.29 . %- ( 2.2.32 2.2.29

1

2

r cos 2' = f0c r + X fnc r cos n' + fns r sin n':

n=1

8 4 -! ! ,

f2c r = r2 fnc r 0 n 6= 2 fns r 0 n = 1 1:

9 & , 01 2.2.35 , 01A2 r : 8 * , & 2.2.35 , 2.2.36 3, , ! & A2 r:

An r 0 n 6= 2 Bn r 0 n =

1 1

:

2:2:39

48

A2 r:

8 1

d

0rdA2 r 1

4

A2 r =

r2

 

 

2

2:2:40

r dr @

dr

A

r

 

 

 

 

jA2 r j M

r ! 0:

2:2:41

A2 a = 0

:

 

 

 

! 2.2.40 #

 

 

 

 

 

A r = Cr2 + Dr 2:

 

 

% . 4 = 2 &4.4 .

 

 

 

! 2.2.40 ' #( #

) '# *+ ,--) # '# % % A2 r

. *#( 1 2.2.40

A2 r = C2 r r2 + D2 r r 2

2 r D2 r + #' ' '# *

C20 r r2 + D20 r r 2 = 0

0

 

0

3

=

 

2

:

C2 r2r 2D2 r r

 

 

r

#' +

 

 

 

 

 

 

 

0

r

 

 

r2

 

~

C2 r =

4

C2 r =

 

8 + C2

0

r5

 

 

r6

~

D2 r =

4 D2 r =

24

+ D2:

& '# 2.2.43 2.2.42 ,

~

2

~

2

r4

A2 r = C2r

 

+ D2r

 

12

:

2:2:42

2:2:43

! 2.2.40

2:2:44

3 ' % 2.2.41 +

 

 

 

 

~

= 0

~

=

a2

D2

C2

12:

3# , % 2.2.40 , 2.2.41 #'

A2 r =

a2r2

r4

2:2:45

12

:

 

 

 

49

2.2.39 , 2.2.45 2.2.31 -

 

2.2.27 , 2.2.28 , 2.2.29 :

 

 

 

u r ' =

1

a2r2

r4 cos 2':

2:2:46

 

 

 

 

12

 

 

& ' . () * 2.2.32

2.2.30

 

 

 

 

 

 

r2

cos 2' = f0c r +

 

fnc r cos n' + fns r sin n':

 

 

 

n=1

 

 

- .// 0 ) ) 1 /- 0 2 2 ,

f2c r = r 2

fnc r 0 n 6= 2 fns r 0 n =

 

:

1 1

3 ,

45 2.2.35 ), 45

2 A2 r : - ' , )

2.2.35 , 2.2.36 , 2.2.38

6 ) 2,

2 A2 r:

An r 0

 

n 6= 2

Bn r 0

n =

1 1

:

7 6

 

2 A2 r:

 

 

 

 

 

 

1

 

d 0

r

dA2 r 1

 

4

A2 r = r

2

 

9

r

dr

@

dr

A

r2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A2 a = 0 jA2 r j M

r ! 1:

2:2:47

2:2:48

2:2:49

2.2.48

! "# $%% & ' & A2 r () " 1 2.2.48

A2 r = C2 r r2 + D2 r r 2

2:2:50

2 r D2 r # ! ! ' "

8 C20 r r2 + D20 r r 2 = 0

: C20 r2r 2D20 r r 3 = r2:

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