In physics and mathematics , the solid harmonics are solutions of the Laplace equation in spherical polar coordinates , assumed to be (smooth) functions R 3 → C {\displaystyle \mathbb {R} ^{3}\to \mathbb {C} } . There are two kinds: the regular solid harmonics R ℓ m ( r ) {\displaystyle R_{\ell }^{m}(\mathbf {r} )} , whi ch는 원점에서 단수인 불규칙한 고체 고조파 I ℓ m ( r ) {\displaystyle I_{\ell }^{m}(\mathbf {r} )} 에서 잘 정의된다. 두 기능 세트는 모두 전위 이론 에서 중요한 역할을 하며, 구면 고조파 를 적절히 재조정하여 얻는다.
R ℓ m ( r ) ≡ 4 π 2 ℓ + 1 r ℓ Y ℓ m ( θ , φ ) {\displaystyle R_{\ell }^{m}(\mathbf {r} )\equiv {\sqrt {\frac {4\pi }{2\ell +1}\r^{\ell }Y_{{\ell }^{}}}(\theta ,\varphi )}}} I ℓ m ( r ) ≡ 4 π 2 ℓ + 1 Y ℓ m ( θ , φ ) r ℓ + 1 {\displaystyle I_{\ell }^{m}(\mathbf {r} )\equiv {\sqrt {\frac {4\pi }{2\ell +1}\}\\\frac {Y_{\ell }{m}(\teta ,\varphi )}{r^{1}:{n1}}}}}}}}}}}}}}}:{r^{r^\ell +1}
파생, 구형 고조파 관련 3-벡터 r 의 구형 극좌표에 r , θ, φ을 도입하고, φ {\displaystyle \Phi } 이 (가) (smooth) 함수 R 3 → C {\ displaystyle \mathb {R}^{3}\mathb {C }}} 에 대해 다음과 같은 형태로 라플라스 방정식을 작성할 수 있다.
∇ 2 Φ ( r ) = ( 1 r ∂ 2 ∂ r 2 r − l ^ 2 r 2 ) Φ ( r ) = 0 , r ≠ 0 , {\displaystyle \nabla ^{2}\Phi(\mathbf {r} )=\왼쪽({\frac {1}{1}{{1}}{\frac {\partial ^{2}}}r-{\frac {{\l}^{2}}:{r^{2}}:}\오른쪽) \Phi(\mathbf {r} )=0,\qquad \mathbf {r} \neq \mathbf {0},} 여기서 l 은2 비차원 각운동량 연산자 의 제곱이다.
l ^ = − i ( r × ∇ ) . {\displaystyle \mathbf{\l}} =-i\,(\mathbf {r} \mathbf {\mathla }). } 구형 고조파 Y는m l l 2 :의 고유 기능인 것 으로 알려져 있다.
l ^ 2 Y ℓ m ≡ [ l ^ x 2 + l ^ y 2 + l ^ z 2 ] Y ℓ m = ℓ ( ℓ + 1 ) Y ℓ m . {\displaystyle {\hat{l}^{2} Y_{\el}^{m}^\equiv \left[{{\hat {l}_{x}}^{2}+{\hat {l}^{l}}+{{l}}^{l}}^{z}^{2}\right] Y_{\ell }^{m}=\ell(\ell +1) Y_{\ell }^{m}. } φ(r ) = F (r ) Y를m l 라플라스 방정식으로 대체하면 구형 고조파 함수를 나눈 후 다음과 같은 방사형 방정식과 그 일반 용액을 얻을 수 있다.
1 r ∂ 2 ∂ r 2 r F ( r ) = ℓ ( ℓ + 1 ) r 2 F ( r ) ⟹ F ( r ) = A r ℓ + B r − ℓ − 1 . {\displaystyle {\frac{1}{r}{\frac {\partial ^{2}}:r^{2}}:rF(r)={\frac {\ell(\ell +1)}{r^{2}}:F(r)\Longrighrow F(r)=Ar^{}+Br^{-ell. } 총 라플라스 방정식의 특정 해법은 규칙적인 고체 고조파다.
R ℓ m ( r ) ≡ 4 π 2 ℓ + 1 r ℓ Y ℓ m ( θ , φ ) , {\displaystyle R_{\ell }^{m}(\mathbf {r} )\equiv {\sqrt {\frac {4\pi }{2\ell +1}\r^{\ell }Y_{{\ell }^{}}}(\theta ,\varphi )}}} 불규칙한 고체 고조파 :
I ℓ m ( r ) ≡ 4 π 2 ℓ + 1 Y ℓ m ( θ , φ ) r ℓ + 1 . {\displaystyle I_{\ell }^{m}(\mathbf {r} )\equiv {\sqrt {\frac {4\pi }{2\ell +1}\}\\\frac {Y_{{\ell }{m}(\teta ,\varphi )}{r^{{1}. } 정규 고체 고조파는 라플레이스의 방정식 에 대한 해법인 고조파 동종 다항식 , 즉 동종 다항식에 해당한다.
라카의 정상화 라카 의 정상화(슈미트의 반정규화라고도 함)는 두 기능 모두에 적용된다.
∫ 0 π 죄를 짓다 θ d θ ∫ 0 2 π d φ R ℓ m ( r ) ∗ R ℓ m ( r ) = 4 π 2 ℓ + 1 r 2 ℓ {\displaystyle \int_{0}^{0}^{0}^ \,d\theta \int_{0}^{0}^{2\pi }d\varphi \;R_{\ell }^{m}(\mathbf {r} )^{*}\;;;; R_{\ell }^{m}(\mathbf {r} )={\frac {4\pi }{2\ell +1}r^{2\ell }}}}}}}}}}} (그리고 불규칙한 고체 고조파와 유사하게) 단결로 정상화되는 대신. 이것은 많은 애플리케이션에서 Racah 정규화 인자가 파생되는 동안 변경되지 않고 나타나기 때문에 편리하다.
덧셈 정리 정규 고체 고조파의 번역은 유한한 확장을 주지만,
R ℓ m ( r + a ) = ∑ λ = 0 ℓ ( 2 ℓ 2 λ ) 1 / 2 ∑ μ = − λ λ R λ μ ( r ) R ℓ − λ m − μ ( a ) ⟨ λ , μ ; ℓ − λ , m − μ ℓ m ⟩ , {\displaystyle R_{\ell }^{m}(\mathbf {r} +\mathbf {a} )=\sum _{\lambda =0}^{\ell }{\binom {2\ell }{2\lambda }}^{1/2}\sum _{\mu =-\lambda }^{\lambda }R_{\lambda }^{\mu }(\mathbf {r} )R_{\ell -\lambda }^{m-\mu }(\mathbf {a} )\;\langle \lambda ,\mu ;\ell -\lambda ,m-\mu \ell m\rangle ,} 여기서 클레브슈-고단 계수는
⟨ λ , μ ; ℓ − λ , m − μ ℓ m ⟩ = ( ℓ + m λ + μ ) 1 / 2 ( ℓ − m λ − μ ) 1 / 2 ( 2 ℓ 2 λ ) − 1 / 2 . {\displaystyle \langle \lambda ,\mu ;\ell -\lambda ,m-\mu \ell m\rangle ={\binom {\ell +m}{\lambda +\mu }}^{1/2}{\binom {\ell -m}{\lambda -\mu }}^{1/2}{\binom {2\ell }{2\lambda }}^{-1/2}. } 불규칙한 고체 고조파에 대한 유사한 확장은 무한 계열을 제공한다.
I ℓ m ( r + a ) = ∑ λ = 0 ∞ ( 2 ℓ + 2 λ + 1 2 λ ) 1 / 2 ∑ μ = − λ λ R λ μ ( r ) I ℓ + λ m − μ ( a ) ⟨ λ , μ ; ℓ + λ , m − μ ℓ m ⟩ {\displaystyle I_{\ell }^{m}(\mathbf {r} +\mathbf {a} )=\sum _{\lambda =0}^{\infty }{\binom {2\ell +2\lambda +1}{2\lambda }}^{1/2}\sum _{\mu =-\lambda }^{\lambda }R_{\lambda }^{\mu }(\mathbf {r} )I_{\ell +\lambda }^{m-\mu }(\mathbf {a} )\;\langle \lambda ,\mu ;\ell +\lambda ,m-\mu \ell m\rangle } r ≤ 을 사용하여, \displaystyle r \leq a \,}. 뾰족한 괄호 사이의 수량은 다시 Clebsch-Gordan 계수 ,
⟨ λ , μ ; ℓ + λ , m − μ ℓ m ⟩ = ( − 1 ) λ + μ ( ℓ + λ − m + μ λ + μ ) 1 / 2 ( ℓ + λ + m − μ λ − μ ) 1 / 2 ( 2 ℓ + 2 λ + 1 2 λ ) − 1 / 2 . {\displaystyle \langle \lambda ,\mu ;\ell +\lambda ,m-\mu \ell m\rangle =(-1)^{\lambda +\mu }{\binom {\ell +\lambda -m+\mu }{\lambda +\mu }}^{1/2}{\binom {\ell +\lambda +m-\mu }{\lambda -\mu }}^{1/2}{\binom {2\ell +2\lambda +1}{2\lambda }}^{-1/2}. } 참조 추가 이론들은 여러 저자들에 의해 다른 방식으로 증명되었다. 예를 들어, 다음에서 두 가지 다른 증거를 참조하십시오.
R. J. A. 터프하고 에이제이 스톤, 제이 피스 A: 수학. 제10권 , 페이지 1261(1977) M. J. Cola, J. Phys. A: 수학. 제11권 , 페이지 L23 (1978년)
복합형식 The regular solid harmonics are homogeneous, polynomial solutions to the Laplace equation Δ R = 0 {\displaystyle \Delta R=0} . Separating the indeterminate z {\displaystyle z} and writing R = ∑ a p a ( x , y ) z a {\displaystyle R=\sum _{a}p_{a}(x,y)z^{a}} , the Laplace equation is easily seen to be equivalent to t 그는 재귀식
p a + 2 = − ( ∂ x 2 + ∂ y 2 ) p a ( a + 2 ) ( a + 1 ) {\displaystyle p_{a+2}={\frac {-(\flac _{x}^{2}+\filename _{y}^{2}p_{a}}{a+2){a}}}}}}}} 다항식 p 0 (x , y ) {\displaystyle p_{0}(x,y)} 도 ℓ {\displaystyle \ell } 및 p 1 (x , y ) degree - 1 도 ℓ - {\displaystyle p_{1}(x, y) 의 모든 선택이 방정식에 대한 해결책을 제공하도록 한다. One particular basis of the space of homogeneous polynomials (in two variables) of degree k {\displaystyle k} is { ( x 2 + y 2 ) m ( x ± i y ) k − 2 m 0 ≤ m ≤ k / 2 } {\displaystyle \{(x^{2}+y^{2})^{m}(x\pm iy)^{k-2m} 0\leq m\leq k/2\}} . Note that it is the (unique up to normalization) basis of eigenvectors of the rotation group S O ( 2 ) {\displaystyle SO(2)} : The rotation ρ α {\displaystyle \rho _{\alpha }} of the plane by α ∈ [ 0 , 2 π ] {\displaystyle \alpha \in [0,2\pi ]} acts as multiplication by e ± i ( k − 2 m ) α {\displaystyle e^{\pm i(k-2m)\alpha }} on the basis vector ( x 2 + y 2 ) m ( x + i y ) k - 2m {\ displaystyle (x^{2}+y^{2})^{m}(x+iy)^{k-2m }.
만일 우리가 도 ℓ {\displaystyle \ell } 기초와 도 1 - 1 {\displaystyle \ell -1}을 재귀 공식과 결합한다면, S O (2 ) {\displaystyty }에 대한 고유 벡터로 구성된 조화, 동종 다항식 \ ell } 의 공간 근거를 얻는다. le SO(2) (Raplace 연산자가 회전 불변성이기 때문에 재귀 공식 은 S O ( 2 ) {\displaystyle SO(2) -action과 호환된다는 점에 유의하십시오.다음은 복잡한 고체 고조파 입니다.
R ℓ ± ℓ = ( x ± i y ) ℓ z 0 {\displaystyle R_{\ell }^{\pm \el }=(x\pm iy)^{\ell }z^{0}}}} R ℓ ± ( ℓ − 1 ) = ( x ± i y ) ℓ − 1 z 1 {\displaystyle R_{\ell }^{\pm (\ell -1)}=(x\pm iy)^{\ell -1}z^{1}:{1}:{1} R ℓ ± ( ℓ − 2 ) = ( x 2 + y 2 ) ( x ± i y ) ℓ − 2 z 0 + − ( ∂ x 2 + ∂ y 2 ) ( ( x 2 + y 2 ) ( x ± i y ) ℓ − 2 ) 1 ⋅ 2 z 2 {\displaystyle R_{\ell }^{\pm (\ell -2)}=(x^{2}+y^{2})(x\pm iy)^{\ell -2}z^{0}+{\frac {-(\partial _{x}^{2}+\partial _{y}^{2})\left((x^{2}+y^{2})(x\pm iy)^{\ell -2}\right)}{1\cdot 2}}z^{2}} R ℓ ± ( ℓ − 3 ) = ( x 2 + y 2 ) ( x ± i y ) ℓ − 3 z 1 + − ( ∂ x 2 + ∂ y 2 ) ( ( x 2 + y 2 ) ( x ± i y ) ℓ − 3 ) 2 ⋅ 3 z 3 {\displaystyle R_{\ell }^{\pm (\ell -3)}=(x^{2}+y^{2})(x\pm iy)^{\ell -3}z^{1}+{\frac {-(\partial _{x}^{2}+\partial _{y}^{2})\left((x^{2}+y^{2})(x\pm iy)^{\ell -3}\right)}{2\cdot 3}}z^{3}} R ℓ ± ( ℓ − 4 ) = ( x 2 + y 2 ) 2 ( x ± i y ) ℓ − 4 z 0 + − ( ∂ x 2 + ∂ y 2 ) ( ( x 2 + y 2 ) 2 ( x ± i y ) ℓ − 4 ) 1 ⋅ 2 z 2 + ( ∂ x 2 + ∂ y 2 ) 2 ( ( x 2 + y 2 ) 2 ( x ± i y ) ℓ − 4 ) 1 ⋅ 2 ⋅ 3 ⋅ 4 z 4 {\displaystyle R_{\ell }^{\pm (\ell -4)}=(x^{2}+y^{2})^{2}(x\pm iy)^{\ell -4}z^{0}+{\frac {-(\partial _{x}^{2}+\partial _{y}^{2})\left((x^{2}+y^{2})^{2}(x\pm iy)^{\ell -4}\right)}{1\cdot 2}}z^{2}+{\frac {(\partial _{x}^{2}+\partial _{y}^{2})^{2}\left((x^{2}+y^{2})^{2}(x\pm iy)^{\ell -4}\right)}{1\cdot 2\cdot 3\cdot 4}}z^{4}} R ℓ ± ( ℓ − 5 ) = ( x 2 + y 2 ) 2 ( x ± i y ) ℓ − 5 z 1 + − ( ∂ x 2 + ∂ y 2 ) ( ( x 2 + y 2 ) 2 ( x ± i y ) ℓ − 5 ) 2 ⋅ 3 z 3 + ( ∂ x 2 + ∂ y 2 ) 2 ( ( x 2 + y 2 ) 2 ( x ± i y ) ℓ − 5 ) 2 ⋅ 3 ⋅ 4 ⋅ 5 z 5 {\displaystyle R_{\ell }^{\pm (\ell -5)}=(x^{2}+y^{2})^{2}(x\pm iy)^{\ell -5}z^{1}+{\frac {-(\partial _{x}^{2}+\partial _{y}^{2})\left((x^{2}+y^{2})^{2}(x\pm iy)^{\ell -5}\right)}{2\cdot 3}}z^{3}+{\frac {(\partial _{x}^{2}+\partial _{y}^{2})^{2}\left((x^{2}+y^{2})^{2}(x\pm iy)^{\ell -5}\right)}{2\cdot 3\cdot 4\cdot 5}}z^{5}} ... 그리고 일반적으로
R ℓ ± m = { ∑ k ( ∂ x 2 + ∂ y 2 ) k ( ( x 2 + y 2 ) ( ℓ − m ) / 2 ( x ± i y ) m ) ( − 1 ) k z 2 k ( 2 k ) ! ℓ − m 짝수다 ∑ k ( ∂ x 2 + ∂ y 2 ) k ( ( x 2 + y 2 ) ( ℓ − 1 − m ) / 2 ( x ± i y ) m ) ( − 1 ) k z 2 k + 1 ( 2 k + 1 ) ! ℓ − m 이상하다 {\displaystyle R_{\ell }^{\pm m}={\begin{case}\sum _{k}(\partial _{x}^{2}+\partial _{y}^{y}^{2}) ^{k}\left(x^{2}+y^{2})^{(\ell -m)/2}(x\pm iy)^{m}\right){\frac {(-1)^{k}z^{2k}}{{{{k)}}}}{(2k)! }}}&\ell -m{\text{\text{은 even}\\\sum _{k}(\reason _{x}^{2}+\reason _{y}^{2}) ^{k}\왼쪽((x^{2}+y^{2})^{{2}^{{n1}-m)/2}(x\pm iy)^{m}\오른쪽){\frac {(-1)^{k^{2k+1}:{2k+1}:{(2k+1)! }}&\ell -m{\text{{\text}{이상한 경우}\end{case}}} 0 ≤ m ≤ ℓ {\displaystyle 0\leq m\leq \ell }에 대해.
Plugging in spherical coordinates x = r cos ( θ ) sin ( φ ) , y = r sin ( θ ) sin ( φ ) , z = r cos ( φ ) {\displaystyle x=r\cos(\theta )\sin(\varphi ),y=r\sin(\theta )\sin(\varphi ),z=r\cos(\varphi )} and using x 2 + y 2 = r 2 sin ( φ ) 2 = r 2 ( 1 − cos ( φ ) 2 ) {\displaystyle x^{2}+y^{2 }=r^{2}\sin(\varphi )^{2}=r^{2}(1-\cos(\varphi )^{2})} one finds the usual relationship to spherical harmonics R ℓ m = r ℓ e i m θ P ℓ m ( cos ( φ ) ) {\displaystyle R_{\ell }^{m}=r^{\ell }e^{im\theta }P_{\ell }^{m}(\cos(\varphi ))} with a polynomial P ℓ m {\displaystyle P_{\ell }^{m}} , which is (up to정규화) 관련 범례 다항식 , 즉 R ℓ m = r ℓ Y ℓ m ( , , ) ) {\displaystyle R_{\ell }^{m}=r^{\ell }Y_{}{\ ell }^{}{}}}{}^(\teta ,\varphi )}( 와 함께 특정 정규화) 선택 사항까지).
실물형태 ±m 의 고형 고조파의 단순한 선형 조합에 의해 이러한 함수는 실제 함수로 변환된다. 즉, 함수 R 3 → R {\displaystyle \mathb {R}^{3}\to \mathb {R}}}. 실제 정규 고형 고조파는 순서 homogeneous {\displaysty \ell} 의 균일한 다항식이다. x , y , z 단위 로.이러한 다항식의 명시적인 형태는 어느 정도 중요하다. 예를 들어, 그것들은 구형 원자 궤도와 실제 다중 홀 모멘트 의 형태로 나타난다. 진짜 정규 고조파들의 노골적인 데카르트적 표현이 이제 파생될 것이다.
선형결합 우리는 이전의 정의에 동의하여 글을 쓴다.
R ℓ m ( r , θ , φ ) = ( − 1 ) ( m + m ) / 2 r ℓ Θ ℓ m ( cas θ ) e i m φ , − ℓ ≤ m ≤ ℓ , {\displaystyle R_{\ell }^{m}(r,\theta ,\varphi )=(-1)^{(m+ m )/2}\;r^{\ell }\;;;; \theta _{\ell }^{m }(\cos \theta )e^{im\varphi }}\qquad -\ell \leq m\leq \ell ,} 와 함께
Θ ℓ m ( cas θ ) ≡ [ ( ℓ − m ) ! ( ℓ + m ) ! ] 1 / 2 죄를 짓다 m θ d m P ℓ ( cas θ ) d cas m θ , m ≥ 0 , \displaystyle \theta _{\ell }^{m}(\cos \theta )\equiv \left[{\frac {(\ell -m)! }{{(\ell +m)! }}}}\^{1/2}}\,\sin ^{m}\theta \,{\frac {d^{m_{\ell }(\cos \theta )}{d\cos ^{m}}}}{d\cos ^{m}}}}}}}},\qquad m\geq,},},},},},},},},},},} 여기서 P ℓ (cos θ ) {\displaystyle P_{\ell }(\cos \theta )} 은 순서 l 의 Legendre 다항식 이다. m 종속 단계는 콘돈-숏리 단계 로 알려져 있다.
다음 식은 실제 정규 고체 고조파를 정의한다.
( C ℓ m S ℓ m ) ≡ 2 r ℓ Θ ℓ m ( cas m φ 죄를 짓다 m φ ) = 1 2 ( ( − 1 ) m 1 − ( − 1 ) m i i ) ( R ℓ m R ℓ − m ) , m > 0. {\displaystyle {\begin{pmatrix}C_{\ell }^{m}\\ S_{\\ell }^{m}\end{pmatrix}}\equiv {\sqrt{2}}\;r^{\ell }\;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;. \Theta _{\ell }^{m}{\begin{pmatrix}\cos m\varphi \\\sin m\varphi \end{pmatrix}}={\frac {1}{\sqrt {2}}}{\begin{pmatrix}(-1)^{m}&\quad 1\\-(-1)^{m}i&\quad i\end{pmatrix}}{\begin{pmatrix}R_{\ell }^{m}\\ R_{\ell }^{-m}\end{pmatrix}},\qquad m>0. } 및 m = 0인 경우:
C ℓ 0 ≡ R ℓ 0 . {\displaystyle C_{\ell }^{0}\equiv R_{\ell }^{0}. } 변환은 단일 행렬 에 의해 이루어지기 때문에 실제와 복잡한 고체 고조파의 정규화는 동일하다.
z-기울기 부분 u = cos θ 작성시 레전드레 다항식의 m번째 파생상품은 u 에 다음과 같은 확장형으로 기재할 수 있다.
d m P ℓ ( u ) d u m = ∑ k = 0 ⌊ ( ℓ − m ) / 2 ⌋ γ ℓ k ( m ) u ℓ − 2 k − m {\dflacyle {\d^{m^}P_{\ell }{{du^{m}}}}=\sum _{k=0}^{k=0}}{lfloor (\ell -m)/2\right\rfloor _{\ell k}^{{dom}}. 와 함께
γ ℓ k ( m ) = ( − 1 ) k 2 − ℓ ( ℓ k ) ( 2 ℓ − 2 k ℓ ) ( ℓ − 2 k ) ! ( ℓ − 2 k − m ) ! . {\displaystyle \cHB_{\ell k}^{\el}{\binom{-}-\ell{k}{\binom {2\ell -2k}{\frac(\ell -2k)! }{{(\ell -2k-m)! }}.} z = r cosmital이기 때문에, 이 파생상품은 적절한 r의 힘을 곱한 z 의 단순한 다항식이다.
Π ℓ m ( z ) ≡ r ℓ − m d m P ℓ ( u ) d u m = ∑ k = 0 ⌊ ( ℓ − m ) / 2 ⌋ γ ℓ k ( m ) r 2 k z ℓ − 2 k − m . {\displaystyle \Pi _{\ell }^{m}(z)\equiv r^{\ell -m}{\frac {d^{m}P_{\ell }(u)}{du^{m}}}=\sum _{k=0}^{\left\lfloor (\ell -m)/2\right\rfloor }\gamma _{\ell k}^{(m)}\;r^{2k}\;z^{\ell -2k-m}. } (x ,y )-기울기 부분 다음 으로, x = r sinθcosφ and y = r sin sin,
r m 죄를 짓다 m θ cas m φ = 1 2 [ ( r 죄를 짓다 θ e i φ ) m + ( r 죄를 짓다 θ e − i φ ) m ] = 1 2 [ ( x + i y ) m + ( x − i y ) m ] {\displaystyle r^{m}\sin ^{m}\theta \cos m\varphi ={\frac {1}{2}}\left[(r\sin \theta e^{i\varphi })^{m}+(r\sin \theta e^{-i\varphi })^{m}\right]={\frac {1}{2}}\left[(x+iy)^{m}+(x-iy)^{m}\right]} 마찬가지로
r m 죄를 짓다 m θ 죄를 짓다 m φ = 1 2 i [ ( r 죄를 짓다 θ e i φ ) m − ( r 죄를 짓다 θ e − i φ ) m ] = 1 2 i [ ( x + i y ) m − ( x − i y ) m ] . {\displaystyle r^{m}\sin ^{m}\theta \sin m\varphi ={\frac {1}{2i}}\left[(r\sin \theta e^{i\varphi })^{m}-(r\sin \theta e^{-i\varphi })^{m}\right]={\frac {1}{2i}}\left[(x+iy)^{m}-(x-iy)^{m}\right]. } 더 멀리
A m ( x , y ) ≡ 1 2 [ ( x + i y ) m + ( x − i y ) m ] = ∑ p = 0 m ( m p ) x p y m − p cas ( m − p ) π 2 {\displaystyle A_{m}(x,y)\equiv {\frac {1}{2}}\left[(x+iy)^{m}+(x-iy)^{m}\right]=\sum _{p=0}^{m}{\binom {m}{p}}x^{p}y^{m-p}\cos(m-p){\frac {\pi }{2}}} 그리고
B m ( x , y ) ≡ 1 2 i [ ( x + i y ) m − ( x − i y ) m ] = ∑ p = 0 m ( m p ) x p y m − p 죄를 짓다 ( m − p ) π 2 . {\displaystyle B_{m}(x,y)\equiv {\frac {1}{2i}}\left[(x+iy)^{m}-(x-iy)^{m}\right]=\sum _{p=0}^{m}{\binom {m}{p}}x^{p}y^{m-p}\sin(m-p){\frac {\pi }{2}}. } 합계 C ℓ m ( x , y , z ) = [ ( 2 − δ m 0 ) ( ℓ − m ) ! ( ℓ + m ) ! ] 1 / 2 Π ℓ m ( z ) A m ( x , y ) , m = 0 , 1 , … , ℓ {\displaystyle C_{\ell }^{m}(x,y,z)=\왼쪽[{\frac {(2-\delta _{m0})(\ell -m)! }{{(\ell +m)! }}}\{1/2}}\Pi _{\ell }^{m}(z)\ ;A_{m}(x,y),\qquad m=0,1,\ldots,\ell } S ℓ m ( x , y , z ) = [ 2 ( ℓ − m ) ! ( ℓ + m ) ! ] 1 / 2 Π ℓ m ( z ) B m ( x , y ) , m = 1 , 2 , … , ℓ . {\displaystyle S_{\ell }^{m}(x,y,z)=\왼쪽[{\frac {2(\ell -m)! }{{(\ell +m)! }}}\{1/2}}\Pi _{\ell }^{m}(z)\ ;B_{m}(x,y),\qquad m=1,2,\ldots,\ell .} 최하위 기능 목록 We list explicitly the lowest functions up to and including l = 5 . Here Π ¯ ℓ m ( z ) ≡ [ ( 2 − δ m 0 ) ( ℓ − m ) ! ( ℓ + m ) ! ] 1 / 2 Π ℓ m ( z ) . {\displaystyle {\bar {\Pi }}_{\ell }^{m}(z)\equiv \left[{\tfrac {(2-\delta _{m0})(\ell -m)! }{{(\ell +m)! }}}\{1/2}}\Pi _{\ell }^{m}(z) }
Π ¯ 0 0 = 1 Π ¯ 3 1 = 1 4 6 ( 5 z 2 − r 2 ) Π ¯ 4 4 = 1 8 35 Π ¯ 1 0 = z Π ¯ 3 2 = 1 2 15 z Π ¯ 5 0 = 1 8 z ( 63 z 4 − 70 z 2 r 2 + 15 r 4 ) Π ¯ 1 1 = 1 Π ¯ 3 3 = 1 4 10 Π ¯ 5 1 = 1 8 15 ( 21 z 4 − 14 z 2 r 2 + r 4 ) Π ¯ 2 0 = 1 2 ( 3 z 2 − r 2 ) Π ¯ 4 0 = 1 8 ( 35 z 4 − 30 r 2 z 2 + 3 r 4 ) Π ¯ 5 2 = 1 4 105 ( 3 z 2 − r 2 ) z Π ¯ 2 1 = 3 z Π ¯ 4 1 = 10 4 z ( 7 z 2 − 3 r 2 ) Π ¯ 5 3 = 1 16 70 ( 9 z 2 − r 2 ) Π ¯ 2 2 = 1 2 3 Π ¯ 4 2 = 1 4 5 ( 7 z 2 − r 2 ) Π ¯ 5 4 = 3 8 35 z Π ¯ 3 0 = 1 2 z ( 5 z 2 − 3 r 2 ) Π ¯ 4 3 = 1 4 70 z Π ¯ 5 5 = 3 16 14 {\displaystyle {\begin{aligned}{\bar {\Pi }}_{0}^{0}&=1&{\bar {\Pi }}_{3}^{1}&={\frac {1}{4}}{\sqrt {6}}(5z^{2}-r^{2})&{\bar {\Pi }}_{4}^{4}&={\frac {1}{8}}{\sqrt {35}}\\{\bar {\Pi }}_{1}^{0}&=z&{\bar {\Pi }}_{3}^{2}&={\frac {1}{2}}{\sqrt {15}}\;z&{\bar {\Pi }}_{5}^{0}&={\frac {1}{8}}z(63z^{4}-70z^{2}r^{2}+15r^{4})\\{\bar {\Pi }}_{1}^{1}&=1&{\bar { \Pi}}_{3}^{3}&, ={\frac{1}{4}}{\sqrt{10}}&{\bar{\Pi}}_{5}^{1}&, ={\frac{1}{8}}{\sqrt{15}}(21z^{4}-14z^{2}r^{2}+r^{4})\\{\bar{\Pi}}_{2}^{0}&, ={\frac{1}{2}}(3z^{2}-r^{2})&,{\bar{\Pi}}_{4}^{0}&, ={\frac{1}{8}}(35z^{4}-30r^{2}z^{2}+3r^{4})&,{\bar{\Pi}}_{5}^{2}&, ={\frac{1}{4}}{\sqrt{105}}(3z^{2}-r^{2})z\\{\bar{\Pi.}}_{2}^{1}&, ={\sqrt{3}}z&,{\bar {\Pi }}_{4}^{1}&={\frac {\sqrt {10}}{4}}z(7z^{2}-3r^{2})&{\bar {\Pi }}_{5}^{3}&={\frac {1}{16}}{\sqrt {70}}(9z^{2}-r^{2})\\{\bar {\Pi }}_{2}^{2}&={\frac {1}{2}}{\sqrt {3}}&{\bar {\Pi }}_{4}^{2}&={\frac {1}{4}}{\sqrt {5}}(7z^{2}-r^{2})&{\bar {\Pi }}_{5}^{4}&={\frac {3}{8}}{\sqrt {35}}z\\{\bar {\Pi }}_{3}^{0}&={\frac {1}{2}}z(5z^{2}-3r^{2})&{\bar {\P i}{}_{4}^{3}&={\frac {1}{4}{4}{\sqrt{70}\;z&{\bar{\pi }}}^{5}}={\frac {3}{16}}}{\sqrt{14}\\end\liged}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}" 가장 낮은 함수 A m( x , y ) {\ displaystyle A_{m}(x, y )\,} 및 B m (x , y ) {\ displaystyle B_{m}(x,y)\,} 은 다음과 같다.
m A m B m 0 1 1\displaystyle 1\,} 0 0\displaystyle 0\,} 1 x \displaystyle x\,} y (\displaystyle y\,}) 2 x 2 − y 2 {\displaystyle x^{2}-y^{2}\,} 2 x y 2xy\,} 3 x 3 − 3 x y 2 {\displaystyle x^{3}-3xy^{2}\,} 3 x 2 y − y 3 {\displaystyle 3x^{2}y-y^{3}\,} 4 x 4 − 6 x 2 y 2 + y 4 {\displaystyle x^{4}-6x^{2}y^{2}+y^{4}\,} 4 x 3 y − 4 x y 3 {\displaystyle 4x^{3}y-4xy^{3}\,} 5 x 5 − 10 x 3 y 2 + 5 x y 4 {\displaystyle x^{5}-10x^{3}y^{2}+5xy^{4}\,} 5 x 4 y − 10 x 2 y 3 + y 5 {\displaystyle 5x^{4}y-10x^{2}y^{3}+y^{5}\,}
참조
Steinborn, E. O.; Ruedenberg, K. (1973). "Rotation and Translation of Regular and Irregular Solid Spherical Harmonics". In Lowdin, Per-Olov (ed.). Advances in quantum chemistry . Vol. 7. Academic Press. pp. 1–82. ISBN 9780080582320 . Thompson, William J. (2004). Angular momentum: an illustrated guide to rotational symmetries for physical systems . Weinheim: Wiley-VCH. pp. 143–148. ISBN 9783527617838 .