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球域格林函数的运用案例与理论分析

时间:2023-11-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:设P是球面K上的任意给定一点,考察三角形OPM0及OPM1,它们在点O有公共角,由相似性得到,对球面K上的任意点P必有假想在点M1处有一个点电荷,根据上式,为了使它所产生的电位在球面上恰巧与M0处单位点电荷所产生的电位抵消,必须假设在M1处的点电荷带有的电量为,因此以K为球面的球上的格林函数即为现在利用式求方程(3.1)在此球上满足边界条件的狄利克雷问题的解:为此,要算出在球面K上的值。式或式称为泊松公式。

球域格林函数的运用案例与理论分析

设K是以O为心、R为半径的球面(图3.2)。在点M0(x0,y0,z0)放置一单位电荷,在半射线OM0上截取线段OM1,使

式中,ρ0=rOM0,ρ1=rOM1称点M1为M0关于球面K的反演点。设P是球面K上的任意给定一点,考察三角形OPM0及OPM1,它们在点O有公共角,由相似性得到,对球面K上的任意点P必有

假想在点M1处有一个点电荷,根据上式,为了使它所产生的电位在球面上恰巧与M0处单位点电荷所产生的电位抵消,必须假设在M1处的点电荷带有的电量为img,因此

以K为球面的球上的格林函数即为

现在利用式(3.39)求方程(3.1)在此球上满足边界条件的狄利克雷问题的解:

为此,要算出img在球面K上的值。由于(www.xing528.com)

式中,ρ=rOM,γ是OM0和OM的夹角(由于M1是M0关于球面K的反演点,γ也是OM1和OM的夹角),则

因此,由式(3.42)就得到在球上的狄利克雷问题(3.40)的解的表达式为

或写为球坐标的形式:

式中,(ρ0,θ0,φ0)为M0的坐标;(R,θ,φ)为球面K上点P的坐标;cosγ=cosθ cosθ0+sinθsinθ0cos(φ-φ0)。式(3.43)或式(3.44)称为泊松公式。

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