华科大数理方程课件——贝塞尔函数(2014)
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第一类贝塞尔函数图2 0阶、1阶和2阶第一类贝塞尔函数(贝塞尔J函数)曲线(在下文中,第一类贝塞尔函数有时会简称为“J函数”,敬请读者留意。
)第一类α阶贝塞尔函数Jα(x)是贝塞尔方程当α为整数或α非负时的解,须满足在x= 0 时有限。
这样选取和处理Jα的原因见本主题下面的性质介绍;另一种定义方法是通过它在x= 0 点的泰勒级数展开(或者更一般地通过幂级数展开,这适用于α为非整数):上式中Γ(z)为Γ函数(它可视为阶乘函数向非整型自变量的推广)。
第一类贝塞尔函数的形状大致与按速率衰减的正弦或余弦函数类似(参见本页下面对它们渐进形式的介绍),但它们的零点并不是周期性的,另外随着x的增加,零点的间隔会越来越接近周期性。
图2所示为0阶、1阶和2阶第一类贝塞尔函数Jα(x)的曲线(α = 0,1,2)。
如果α不为整数,则Jα(x)和J−α(x)线性无关,可以构成微分方程的一个解系。
反之若α是整数,那么上面两个函数之间满足如下关系:于是两函数之间已不满足线性无关条件。
为寻找在此情况下微分方程与Jα(x)线性无关的另一解,需要定义第二类贝塞尔函数,定义过程将在后面的小节中给出。
贝塞尔积分α为整数时贝塞尔函数的另一种定义方法由下面的积分给出:(α为任意实数时的表达式见参考文献[2]第360页)这个积分式就是贝塞尔当年提出的定义,而且他还从该定义中推出了函数的一些性质。
另一种积分表达式为:和超几何级数的关系贝塞尔函数可以用超几何级数表示成下面的形式:第二类贝塞尔函数(诺依曼函数)图3 0阶、1阶和2阶第二类贝塞尔函数(贝塞尔Y函数)曲线图(在下文中,第二类贝塞尔函数有时会简称为“Y函数”,敬请读者留意。
)第二类贝塞尔函数也许比第一类更为常用。
这种函数通常用Yα(x)表示,它们是贝塞尔方程的另一类解。
x = 0 点是第二类贝塞尔函数的(无穷)奇点。
Yα(x)又被称为诺依曼函数(Neumann function),有时也记作Nα(x)。
样本标准差的表示公式数学表达式:•S—标准偏差(%)•n—试样总数或测量次数,一般n值不应少于20—30个•i—物料中某成分的各次测量值,1~n;[编辑]标准偏差的使用方法•在价格变化剧烈时,该指标值通常很高。
•如果价格保持平稳,这个指标值不高。
•在价格发生剧烈的上涨/下降之前,该指标值总是很低. [编辑]标准偏差的计算步骤标准偏差的计算步骤是:步骤一、(每个样本数据-样本全部数据之平均值)2。
步骤二、把步骤一所得的各个数值相加。
步骤三、把步骤二的结果除以 (n — 1)(“n”指样本数目)。
步骤四、从步骤三所得的数值之平方根就是抽样的标准偏差。
[编辑]六个计算标准偏差的公式[1][编辑]标准偏差的理论计算公式设对真值为X的某量进行一组等精度测量, 其测得值为l1、l2、……l n。
令测得值l与该量真值X之差为真差占σ,则有σl i−X.。
.。
文档交流1 =σ2 = l2−X……σn = l n−X我们定义标准偏差(也称标准差)σ为(1)由于真值X都是不可知的,因此真差σ占也就无法求得, 故式只有理论意义而无实用价值。
[编辑]标准偏差σ的常用估计—贝塞尔公式由于真值是不可知的,在实际应用中, 我们常用n次测量的算术平均值来代表真值。
理论上也证明, 随着测量次数的增多,算术平均值最接近真值,当时,算术平均值就是真值。
.。
.文档交流于是我们用测得值l i与算术平均值之差——剩余误差(也叫残差)V i来代替真差σ,即设一组等精度测量值为l1、l2、……l n则……通过数学推导可得真差σ与剩余误差V的关系为将上式代入式(1)有(2)式(2)就是著名的贝塞尔公式(Bessel).它用于有限次测量次数时标准偏差的计算.由于当时,,可见贝塞尔公式与σ的定义式(1)是完全一致的。
应该指出, 在n有限时, 用贝塞尔公式所得到的是标准偏差σ的一个估计值。
它不是总体标准偏差σ。
因此, 我们称式(2)为标准偏差σ的常用估计。
第五章-贝塞尔函数n阶第一类贝塞尔函数()J xn第二类贝塞尔函数,或称Neumann函数()Y xn第三类贝塞尔函数汉克尔(Hankel)函数,(1)()H xn第一类变形的贝塞尔函数()I xn开尔文函数(或称汤姆孙函数)n阶第一类开尔文(Kelvin)第五章贝塞尔函数在第二章中,用分离变量法求解了一些定解问题。
从§2.3可以看出,当我们采用极坐标系后,经过分离变量就会出现变系数的线性常微分方程。
在那里,由于只考虑圆盘在稳恒状态下的温度分布,所以得到了欧拉方程。
如果不是考虑稳恒状态而是考虑瞬时状态,就会得到一种特殊类型的常微分方程。
本章将通过在柱坐标系中对定解问题进行分离变量,引出在§2.6中曾经指出过的贝塞尔方程,并讨论这个方程解的一些性质。
下面将看到,在一般情况下,贝塞尔方程的解不能用初等函数表出,从而就导入一类特殊函数,称为贝塞尔函数。
贝塞尔函数具有一系列性质,在求解数学物理问题时主要是引用正交完备性。
§5.1 贝塞尔方程的引出下面以圆盘的瞬时温度分布为例推导出贝塞尔方程。
设有半径为R 的薄圆盘,其侧面绝缘,若圆盘边界上的温度恒保持为零摄氏度,且初始温度为已知,求圆盘内瞬时温度分布规律。
这个问题可以归结为求解下述定解问题:222222222222220(),,0, (5.1)(,),, (5.2)0, t x y R u u u a x y R t t x y u x y x y R u ϕ=+=∂∂∂=++<>∂∂∂=+≤= (5.3)⎧⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎩用分离变量法解这个问题,先令(,,)(,)()u x y t V x y T t =代入方程(5.1)得22222()V VVT a T x y∂∂'=+∂∂或22222 (0)V V T x y a T Vλλ∂∂+'∂∂==-> 由此得到下面关于函数()T t 和(,)V x y 的方程20T a T λ'+=(5.4)22220V VV x y λ∂∂++=∂∂ (5.5)从(5.4)得2()a t T t Ae λ-=方程(5.5)称为亥姆霍兹(Helmholtz )方程。