고체 고조파

Solid harmonics

In physics and mathematics, the solid harmonics are solutions of the Laplace equation in spherical polar coordinates, assumed to be (smooth) functions . There are two kinds: the regular solid harmonics , which는 원점에서 단수인 불규칙한 고체 고조파 ( r) 에서 잘 정의된다두 기능 세트는 모두 전위 이론에서 중요한 역할을 하며, 구면 고조파를 적절히 재조정하여 얻는다.

파생, 구형 고조파 관련

3-벡터 r의 구형 극좌표에 r, θ, φ을 도입하고, (가) (smooth) 함수 3→ C 에 대해 다음과 같은 형태로 라플라스 방정식을 작성할 수 있다.

여기서 l2 비차원 각운동량 연산자의 제곱이다.

구형 고조파 Y는ml l2:의 고유 기능인 으로 알려져 있다.

φ(r) = F(r) Y를ml 라플라스 방정식으로 대체하면 구형 고조파 함수를 나눈 후 다음과 같은 방사형 방정식과 그 일반 용액을 얻을 수 있다.

총 라플라스 방정식의 특정 해법은 규칙적인 고체 고조파다.

불규칙한 고체 고조파:

정규 고체 고조파는 라플레이스의 방정식에 대한 해법인 고조파 동종 다항식, 즉 동종 다항식에 해당한다.

라카의 정상화

라카의 정상화(슈미트의 반정규화라고도 함)는 두 기능 모두에 적용된다.

(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,

여기서 클레브슈-고단 계수는

불규칙한 고체 고조파에 대한 유사한 확장은 무한 계열을 제공한다.

을 사용하여,\r a 뾰족한 괄호 사이의 수량은 다시 Clebsch-Gordan 계수,

참조

추가 이론들은 여러 저자들에 의해 다른 방식으로 증명되었다.예를 들어, 다음에서 두 가지 다른 증거를 참조하십시오.

  • R. J. A.터프하고 에이제이 스톤, 제이 피스A: 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 . Separating the indeterminate and writing , the Laplace equation is easily seen to be equivalent to t그는 재귀식

다항식 p , y) 및 p , y)degree- 1 -{\의 모든 선택이 방정식에 대한 해결책을 제공하도록 한다.One particular basis of the space of homogeneous polynomials (in two variables) of degree is . Note that it is the (unique up to normalization) basis of eigenvectors ofthe rotation group : The rotation of the plane by acts as multiplication by on the basis vector + y) -

만일 우리가 도 {\} 기초와 도 - 1{\ -1}을 재귀 공식과 결합한다면, S () {\}에 대한 고유 벡터로 구성된 조화, 동종 다항식 의 공간 근거를 얻는다SO( (Raplace 연산자가 회전 불변성이기 때문에 재귀 O ( ) SO( -action과 호환된다는 점에 유의하십시오.다음은 복잡한 고체 고조파 입니다.

...

그리고 일반적으로

{\ }에 대해

Plugging in spherical coordinates and using one finds the usual relationship to spherical harmonics with a polynomial , which is (up to정규화) 관련 범례 다항식, 즉 m= Y ( , ){\ell와 함께 특정 정규화) 선택 사항까지).

실물형태

±m의 고형 고조파의 단순한 선형 조합에 의해 이러한 함수는 실제 함수로 변환된다. 즉 → R {\\mathb { 실제 정규 고형 고조파는 순서 {\의 균일한 다항식이다 x, y, z 단위로.이러한 다항식의 명시적인 형태는 어느 정도 중요하다.예를 들어, 그것들은 구형 원자 궤도와 실제 다중모멘트의 형태로 나타난다.진짜 정규 고조파들의 노골적인 데카르트적 표현이 이제 파생될 것이다.

선형결합

우리는 이전의 정의에 동의하여 글을 쓴다.

와 함께

여기서 ( ) 순서 lLegendre 다항식이다.m 종속 단계는 콘돈-숏리 단계로 알려져 있다.

다음 식은 실제 정규 고체 고조파를 정의한다.

m = 0인 경우:

변환은 단일 행렬에 의해 이루어지기 때문에 실제와 복잡한 고체 고조파의 정규화는 동일하다.

z-기울기 부분

u = cos θ 작성시 레전드레 다항식의 m번째 파생상품은 u에 다음과 같은 확장형으로 기재할 수 있다.

와 함께

z = r cosmital이기 때문에, 이 파생상품은 적절한 r의 힘을 곱한 z의 단순한 다항식이다.

(x,y)-기울기 부분

다음으로, x = r sinθcosφ and y = r sin sin,

마찬가지로

더 멀리

그리고

합계

최하위 기능 목록

We list explicitly the lowest functions up to and including l = 5 . Here



낮은 함수 m, y) y) 은 다음과 같다.

m Am Bm
0
1
2
3
4
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.