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3.12阶常微分方程的幂级数解法

第三章 特征值问题与特殊函数;1. 变系数→常系数 (不是都可以用);3.1.1 幂级数解法理论概述 ;我们讨论复变函数 ;这些线性二阶常微分方程常常不能用通常的解法解出, ; 幂级数解法是一个比较普遍的方法,适用范围较;定义 3.1.1 常点 奇点 ;2. 常点邻域上的幂级数解定理;故可以把它表示为此邻域上的泰勒级数. ;为了确定级数解(3.1.2)中的系数,具体的做法是以 ;3.1.2 常点邻域上的幂级数解法 勒让德方程的求解;即为 ;点 ;因此,由任意常数 ;将它们代入解的表达式中,得到勒让德方程解的形式;不是整数时 ;所以不妨设 ;取多项式最高次项系数为;这样取主要是为了使所得多项式在 ;是非负偶数时,勒让德方程有解 ; (3.1.12); 我们已经指出,在 ;经过计算后, ;(3.1.16) ;(3.1.17); 注:法国数学家勒让德(A.M.Legendre 1725~1833)最早专门研究过在球坐标系中求解数学物理方程问题时所遇???的一类特殊函数.由于这类函数具有多项式形式,所以命名这类函数为勒让德函数.;(2)当 ;勒让德函数 ;其中, ;下面介绍奇点邻域的幂级数解法:贝塞尔方程的求解.;将(3.1.19)及其导数代入(3.1.18)后,得; (3.1.20); (3.1.23);;由此知(3.1.19)的一般项为; 运用下列恒等式 ;用级数的比值判别式(或称达朗贝尔判别法)可以判定 ;至此,就求出了贝塞尔方程的一个特解 ; 数还是负数,总可以用(3.1.25)统一地表达第一类贝 塞尔函数.;故这两个特解 ;故级数 ;需注意在取整数的情况下, ;由于 ;可见正、负 ;其中, ;可以证明这个函数,确实是贝塞尔方程的一个特解, ;3.2 施图姆-刘维尔特征值问题;常见的本征值问题都可以归结为施图姆(J.C.F. Sturm)-刘维尔(J.Liouville)本征值问题,本节就讨论具有普遍意义的施图姆-刘维尔本征值问题.;的二阶常微分方程叫作施图姆-刘维尔型方程,简称施-刘型方程. 研究二阶常微分方程的本征值问题时,对于一般的二阶常微分方程 ; 施图姆-刘维尔型方程(13.2.1)附加以齐次的第一类、 第二类或第三类边界条件,或自然边界条件,就构成 施图姆-刘维尔本征值问题 .;再加上自然边界条件: ;或

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