Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

УрМатФиз / УрМатФиз с теорией

.pdf
Скачиваний:
9
Добавлен:
16.05.2024
Размер:
4.39 Mб
Скачать

. 4 4.4

=2n + 1:

 

Rn r = Anr +1 + B r 2+1 :

 

 

! " ! 2.4.4 r ! 0 ! , " B = 0

n =

0 1: % & , " ' r

! 0

2.4.11 * +

 

 

R r = A r2+1 :

2:4:12

,, *' " ! ' 2.4.5

u r ' = R r. ' n = 0 1:

/ !0 " 2.4.1 | 2.4.4 * !, & ! **' '0 " ! '0 u r ':

 

1

 

u r ' =

u r ' = A r2+1 sin 2n + 1'

2:4:13

=0

=0

 

, " 3 ,4 & ' * 5 5 ' " 33 4 & * '* r '. 6 ! ' , 33 4- ' A * ! , , " ! ! !- , 2.4.13 " ! 2.4.3 :

1

 

g ' = A a2+1 sin 2n + 1':

2:4:14

=0

 

" ' 5 ! ! 5 ! 3 ,4 g ' 8 & , & 0 =2 ! !- * ! ! '0 3 ,4 fsin 2n + 1'g n = 0 1: )! - & ! * ! + :

 

2

nk

 

Z

sin 2n + 1' sin 2k + 1' d' =

:

0

 

4

 

)* 5 * + + " ! 2.4.14 sin 2k + 1', - * 0 =2 " *

 

2

Aka2k+1:

 

Z

g ' sin 2k + 1' d' =

2:4:15

0

 

4

 

61

u r ' 2.4.13 , An ! " , #$ - & 2.4.15 . ( # 2.4.13 2.4.3 #

g ' = 3 sin 3' sin ' = Ana2n+1 sin 2n + 1':

n=0

+ # , $ , , sin 2n + 1' #

A0a = 1 A1a3 = 3 An = 0 # n 6= 01:

2:4:16

( 2.4.16 2.4.13 # , " .

.

u r ' = 3a 3r3 sin 3' a 1r sin ':

2:4:17

2.4.1. & 1 # 4u = 0 .

1.u '=0= u' '= =4= 0 u r=a= 3 sin 2' sin 6':

2.u '=0= u '= =3= 0 ur r=a= sin 3' sin 6':

3.u' '=0= u '= =2= 0 u r=a= 3 cos ' cos 3':

4.u' '=0= u' '= = 0 u r=a= 2 cos 2' cos ':

5.u '=0= u' '= =3= 0 ur r=a= 2 sin 3'=2 sin 9'=2:

6.u '=0= u '= =2= 0 u r=a= 3 sin 4' 4 sin 2':

7.u' '=0= u '= = 0 ur r=a= 3 cos'=2 cos 3'=2:

8.u' '=0= u' '= =4= 0 u r=a= 3 cos 4' + cos 8':

9.u '=0= u' '= =2= 0 u r=a= 2 sin 3' sin ':

62

10.u '=0= u '= = 0 ur r=a= sin 2' + sin 3':

11.u' '=0= u '= =4= 0 ur r=a= cos 6' + cos 2':

12.u' '=0= u' '= =3= 0 u r=a= 4 cos 6' + cos 3':

13.u '=0= u' '= = 0 ur r=a= sin 3'=2 + sin '=2 :

14.u '=0= u '= =4= 0 ur r=a= sin 8' + sin 4':

15. u' '=0= u '= =3= 0 u r=a= 2 cos 9'=2 cos 3'=2 :

16.u '=0= u' '= =4= 0 ur r=a= 2 sin 6' + 4 sin 2':

17.u '=0= u '= =3= 0 u r=a= 3 sin 6' + sin 3':

18.

u' '=0= u '= =2= 0

ur r=a= cos 3' + cos ':

19.

u' '=0= u' '= = 0

ur r=a= cos ' 2 cos 2':

20.

u '=0= u' '= =3= 0

u r=a= 3 sin 9'=2 2 sin 3'=2 :

21.u '=0= u '= =2= 0 ur r=a= sin 6' + 4 sin 2':

22.u' '=0= u '= = 0 u r=a= 2 cos 3'=2 + cos 5'=2 :

23.

u' '=0= u' '= =4= 0 ur r=a= 2 cos 8'

4 cos 4':

24.

u '=0= u' '= =2= 0

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

25.

u '=0= u '= = 0

u r=a= 2 sin 3' sin ':

26.

u' '=0= u '= =4= 0

u r=a= 3 cos 2'

cos 6':

63

27.

u' '=0= u' '= =3= 0

ur r=a= 2 cos 9'

4 cos 3':

28.

u '=0= u' '= = 0

u r=a= 5 sin'=2

2 sin 3'=2:

29.

u '=0= u '= =4= 0

u r=a= 2 sin 4'

sin 8':

30.

u' '=0= u '= =3= 0

ur r=a= 3 cos 3'=2

cos 9'=2:

2.4.2. !

4u = 1r @r@ r@u@r !

$! !% ! D = f r ' : (% $(% ! %

1@2u

+r2 @'2 = f r '

0 r a 0 ' =2g

2:4:18

! ! !-

u '=0= 0

 

@u

 

 

@' '= =2= 0

2:4:19

u

 

r=a= 0

2:4:20

)! % !$! * r ! 0 2.4.4 , $

 

f r ' = r2 sin 5':

2:4:21

. ) % !, *! !) (% -. % !/ !* ! 0 * , ! ! ! ! ! * % !/ ', % ! *! !) (% -. % 1 % |0 2.4.8 , 2.4.9 f3n ' g n = 0 1 ! ! ( / (2.4.10 .

4 , 2.4.18 | 2.4.21 5 % - . !- !$! (% !6--. % An r n = 0 1:

u r

=

An r sin 2n + 1'

2:4:22

 

 

n=0

 

,

r '. -

" #$ # %$ f r

:

 

 

 

1

 

f r

=

fn r sin 2n + 1'

2:4:23

 

 

n=0

 

% ( " :

64

* An r n = 0 11 *

fnr =

4

 

 

 

:4:24

f r ' sinn

+ 1' d'

n =

0 1

:

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

81

d 0

 

dAn

r 1

 

 

n + 12

9

 

X

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

An r + fn r = sin

n + 1' = 0:

r

dr @

dr

A

 

r

2

n=1

:

 

 

 

 

 

:4:25

 

 

 

 

! "

#$% , ', ( )*

#$% . + " , $,## % ) f

 

) ':

 

 

1

d

0rdAn r 1

n + 12

 

 

r = f

 

r n =

 

:

:4:26

A

n

n

0 1

 

 

 

r

dr @

dr A

r2

 

 

 

 

 

$

 

 

 

 

 

 

 

 

 

An a = 0 jAn r j M r ! 0:

:4:27

0 1 $)$ $)* .

1 $ $ $,## % ) fn r n = 0 1 2$

, ( 2 $ 2 '

0

 

 

 

 

 

1

r2 sin 5' = X fn r sin 2n + 1':

n=0

+ $,## % ) $)* 2$* #$- % * * ,

f2 r = r2 fn r 0

n 6= :2

 

5 , $)

 

n 6=2 '

) 1 :

 

 

An r 0

n 6= :2

:4:28

6 1 A2 r $ :

65

1 d 0 dA2 r 1

52

2

 

9

2:4:29

r

 

@r

dr A

r2 A2 r =

r

 

 

dr

 

 

 

 

 

 

 

=

 

A2 a = 0

jA2 r j M

r ! 0:

2:4:30

2.4.29

A r = Cr5 + Dr 5

. 4 = 5 !4.4 .

2.4.29 " #$%

& # ' ()

A2 r = C2 r r5 + D2 r r

5

2:4:31

C2 r D2 r ) ' #' * # # (

 

 

8 C20 r r5 + D20 r r 5 = 0

 

 

: 5C20 r r4

5D20 r r 6 = r2:

#+ )

 

 

 

 

 

 

 

0

r 2

 

r 1

 

~

C2 r =

10 C2 r = 10 + C2

0

r8

 

r9

~

 

D2 r =

10

 

D2 r =

90

+ D2

:

! # C2 r D2 r 2.4.31 , ".

2.4.29 :

 

 

 

 

 

 

 

~

5

~

5

 

r4

A2 r = C2r

 

+ D2r

 

+

9 :

0* "# 2.4.30 )

 

 

 

 

 

~

 

 

~

 

a 1

D2

= 0

 

C2 =

 

9

:

0$, $ * . 2.4.29 , 2.4.30 ' ' #' 1"$& '

A2 r =

r4

a 1r5

:

2:4:32

 

9

 

 

 

 

66

'= =4= u r=a= 0 f r ' = r2 sin 6':
2.4.2.

2.4.28 , 2.4.32 2.4.22 -.

.

u r ' = 1 r4

a 1r5 sin 5':

2:4:33

9

 

 

. #

 

4u = f x y D = f r ' : 0 r a 0 ' =2g

 

@u

 

u '=0= 0

@' '= =2= 0

 

u r=2= g '

 

& f r ' = r2 sin 5' g ' = 3 sin 3' sin ' ' ' '

 

2.4.17 , 2.4.33 , ) 2.4.1 2.4.2:

 

u r ' = 3a 3r3 sin 3' a 1r sin ' + 19 r4 a 1r5 sin 5':

# + , ' ' 4u = f x y & & & ) ' .

1. u '=0= u'

2.

u '=0= u '= =3= ur r=a= 0

f r ' = r sin 6':

3.

u'

'=0

= u

'= =2

= u

r=a

= 0

f r ' = r3 cos 3':

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

u'

'=0

= u'

'=

= u

r=a

= 0

f r ' = r3 cos 3':

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.

u '=0= u' '= =3= ur r=a= 0

f r ' = r sin 9'=2:

6.

u

'=0

= u

'= =2

= u

r=a

= 0

f r ' = r2 sin 6':

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.

u'

'=0

= u

'=

= ur

r=a

= 0

f r ' = r2 cos 3'=2:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

67

8.

u'

'=0

= u'

'= =4

= u

r=a

= 0

f r ' = r4 cos 8':

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.

u

'=0

= u'

'= =2

= u

r=a

= 0

f r ' = r3 sin ':

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.

u '=0= u '= = ur r=a= 0

f r ' = r sin 4':

11.

u' '=0= u '= =4

= ur r=a= 0

f r ' = r cos 2':

12.

u'

'=0

= u'

'= =3

= u

r=a

= 0

f r ' = r3 cos 3':

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13.

u '=0= u' '= = ur r=a= 0

f r ' = r sin '=2 :

14.

u

'=0

= u

'= =4

= ur

r=a

= 0

f r ' = r3 sin 4':

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15.

u'

'=0

= u

'= =3

= u

r=a

= 0

f r ' = r4 cos 3'=2 :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16.

u

'=0

= u'

'= =4

= ur

r=a

= 0

f r ' = r3 sin 4':

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17.

u

'=0

= u

'= =3

= u

r=a

= 0

f r ' = r2 sin 3':

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18.

u' '=0= u '= =2

= ur r=a= 0

f r ' = r cos ':

19.

u'

'=0

= u'

'=

= ur

r=a

= 0

f r ' = r3 cos 3':

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20.

u

'=0

= u'

'= =3

= u

r=a

= 0

f r ' = r2 sin 3'=2 :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21.

u

'=0

= u

'= =2

= ur

r=a

= 0

f r ' = r2 sin 2':

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22.

u'

'=0

= u

'=

= u

r=a

= 0

f r ' = r4 cos '=2 :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23.

u' '=0= u' '= =4= ur r=a= 0 f r ' = r cos 4':

24.

u

'=0

= u'

'= =2

= ur

r=a

= 0

f r ' = r3 sin 3':

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

68

25.

u

'=0

= u

'=

= u

r=a

= 0

 

f

r ' = r4 sin ':

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26.

u' '=0= u '= =4= u r=a= 0

 

f r ' = r cos 6' :

27.

u'

'=0

= u'

'= =3

= ur

 

r=a

= 0

f r ' = r3 cos 6':

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28.

u

'=0

= u'

'=

= u

r=a

= 0

f r ' = r2 sin 5'=2:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29.

u

'=0

= u

'= =4

= u

r=a

= 0

 

f r ' = r2 sin 8':

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30.

u'

'=0

= u

'= =3

= ur

r=a

= 0

f r ' = r4 cos 9'=2:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5.

2.5.1. !

1

 

@

 

@u

1

 

@2u

 

@2u

 

 

4u = r

 

 

r

 

! +

 

 

 

+

 

= 0

2:5:1

@r

@r

r2

@'2

@z2

$% %$% & D =f r ' z: r a 0 ' 2 0 z hg ! $() ! % )

@u

 

 

 

 

 

3 z

 

@r

 

r=a= g1 z = 2 sin 2h !

2:5:2

 

 

1r

@u

 

 

u z=0= g2 r = 3J0

 

!

 

z=h= g3 z 0

2:5:3

a

@z

! % ) %$%!

 

r ! 0

 

 

 

 

ju r j 1

 

2:5:4

$ 1 | (, % J1 = 0 J0 J1 | -&

. !! !%% ! % %$% %$% % % .

. / $( ! % 2.5.2 , 2.5.3 ! % ) %, ', 2.5.1 | 2.5.4 1 ! % ', . . u r z : /%$ 2.5.1 )

4u = 1r @r@

2

 

r@u@r ! + @@zu2 = 0:

2:5:5

69

, -r , -z :

I.

4u = 0 D = f r ' z : r a 0 ' 2 0 z hg

2:5:6

 

 

 

@u

 

 

 

 

 

 

 

 

@r r=a= 0

 

 

2:5:7

 

 

1r

!

 

@u

 

 

 

u z=0= g2 r = 3J0 a

 

 

@z

 

z=h= g3 z 0:

2:5:8

II.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4u = 0 D = f r ' z : r a 0 ' 2 0 z hg

2:5:9

@u

 

 

 

 

 

 

 

3 z

 

@r

 

r=a= g1 z

= 2 sin 2h !

2:5:10

 

u

 

=

@u

= 0:

2:5:11

 

 

 

) , * + z=0

@z z=h

 

* uI r z

2.5.6 | 2.5.8 * uII r z

 

2.5.9 | 2.5.11 ,

:

 

u r z = uI r z + uII r z :

I 2.5.6 | 2.5.8 - +. . * 2.5.6 , - /0 / 2.5.7 / -2.5.4

 

 

u r z = R r Z z :

 

 

 

2:5:12

2

2.5.12 2.5.6 :

 

 

1

 

 

R r

+

R r

Z z

 

 

0 0

 

 

 

r

 

 

r rR r Z z + Z z R z = 0

R r

 

= Z z

:

2:5:13

70