特殊函数
第二类贝塞尔函数(Bessel function of the second kind)
/ BESS-el /
二阶微分方程总有两个独立解,贝塞尔方程也不例外。第一类贝塞尔函数 J_n 是在中心保持有限的那个;它的搭档第二类贝塞尔函数 Y_n 是另一个独立解——在中心处发散,但在凡是排除了中心的区域都不可或缺。
Y_n(x),又称诺伊曼函数,是与 J_n 线性无关的贝塞尔方程第二解。它的标志性特征是在原点处的奇异:当 x 趋于 0 时,Y_0(x) 表现得像 (2 除以 pi) ln x,发散到负无穷,而对 n 不小于 1 的 Y_n 以 1 除以 x^n 的方式发散。对大的 x,它同样变成一个衰减、有相移的正弦:Y_n(x) 约等于 根号(2 除以 pi x) 乘 sin(x 减 n pi/2 减 pi/4)——是类余弦的 J_n 的正弦搭档,于是二者一起张成所有振荡的柱形解,正如正弦余弦张成平直情形。
凡是区域不包含轴 x = 0 之处都需要 Y_n——两个同轴圆柱之间的场、环形(圈状)膜的振动、带中心障碍物的声学管道,或带空心芯的波导。把 J_n 与 Y_n 组合成汉克尔函数 J_n 加或减 i Y_n,给出向内和向外传播的柱面波,是散射与辐射的天然语言。产生两类函数的贝塞尔方程属于级数解主题。
对一个扁平环(环形)膜,位移是组合 A J_n(k r) 加 B Y_n(k r);Y_n 项在完整圆盘中因在 r = 0 处无穷而被禁止,如今由于 r 永不到达 0 而被允许并被需要。
是否保留 Y_n 解,完全由区域是否包含奇异轴 r = 0 决定。
Y_n 在原点无界,所以对任何包含轴的区域(如完整圆盘)都必须舍去——若保留它会预测中心处某物理量为无穷。
又称
另见