特殊函數
第二類貝塞爾函數(Bessel function of the second kind)
/ BESS-el /
二階微分方程總有兩個獨立解,貝塞爾方程也不例外。第一類貝塞爾函數 J_n 是在中心保持有限的那個;它的搭檔第二類貝塞爾函數 Y_n 是另一個獨立解——在中心處發散,但在凡是排除了中心的區域都不可或缺。
Y_n(x),又稱諾伊曼函數,是與 J_n 線性無關的貝塞爾方程第二解。它的標誌性特徵是在原點處的奇異:當 x 趨於 0 時,Y_0(x) 表現得像 (2 除以 pi) ln x,發散到負無窮,而對 n 不小於 1 的 Y_n 以 1 除以 x^n 的方式發散。對大的 x,它同樣變成一個衰減、有相移的正弦:Y_n(x) 約等於 根號(2 除以 pi x) 乘 sin(x 減 n pi/2 減 pi/4)——是類餘弦的 J_n 的正弦搭檔,於是二者一起張成所有振盪的柱形解,正如正弦餘弦張成平直情形。
凡是區域不包含軸 x = 0 之處都需要 Y_n——兩個同軸圓柱之間的場、環形(圈狀)膜的振動、帶中心障礙物的聲學管道,或帶空心芯的波導。把 J_n 與 Y_n 組合成漢克爾函數 J_n 加或減 i Y_n,給出向內和向外傳播的柱面波,是散射與輻射的天然語言。產生兩類函數的貝塞爾方程屬於級數解主題。
對一個扁平環(環形)膜,位移是組合 A J_n(k r) 加 B Y_n(k r);Y_n 項在完整圓盤中因在 r = 0 處無窮而被禁止,如今由於 r 永不到達 0 而被允許並被需要。
是否保留 Y_n 解,完全由區域是否包含奇異軸 r = 0 決定。
Y_n 在原點無界,所以對任何包含軸的區域(如完整圓盤)都必須捨去——若保留它會預測中心處某物理量為無窮。
又稱
另見