ベッセルの微分方程式

テキストによると、円筒座標系での電磁場のマクスウェル方程式を磁場に関して解いて得られる方程式が
f’’+1/ｘ*f’+k^2*f=0
解はベッセル関数　AJ0(kx)+BY0(kx) A,Bは定数

しかしこの方程式は一般的なベッセルの微分方程式と少し違います。
x^2f’’+ｘf’+x^2f=0
x^2で割り算してるのはともかく、係数ｋの分だけ違うのです。これでもベッセルの微分方程式であり解はベッセル関数であると言えるのでしょうか？

No.2 ベストアンサー 回答者： noname#151558 回答日時： 2011/06/26 16:49

ここでいうベッセル関数とは

　　　　　　f''(x)＋f'(x)/x＋(1-a^2/x^2)f(x)=0の解を
a=0で考えたものとみなすと
f’’(x)+f’(x)/x+f(x)=0の解がベッセル関数

f’’+1/x*f’+k^2*f=0　・・・・・・・(1)

の解がベッセル関数と同一視できるかどうかという問題だが、
xについてスケール変換すればすぐに分かる。

つまりf(x)=g(kx)とおいて(1)に代入するとkx=sとして
k^2*g''(s)＋g'(s)*k^2/s＋k^2g(s)=0を得る。
k≠0なのでk^2で両辺でわると
g''(s)＋g'(s)/s＋g(s)=0
このときg(s)はベッセル関数である。

よって(1)はベッセル関数の形にもっていくことができて、解もxをk倍スケール変換させた変数についてはベッセル関数とみなすことができる。

この回答へのお礼

ありがとうございます。

お礼日時：2011/06/26 17:24

No.1 回答者： rnakamra 回答日時： 2011/06/26 16:39

t=kxとして、与えられた微分方程式をt変数として微分方程式に置き換えてみると良いでしょう。

df/dx=(df/dt)(dt/dx)=k(df/dt)
d^2f/dt^2=(d/dx)(df/dx)=(dt/dx)(d/dt)(k(df/dt))=k^2*d^2f/dt^2
となります。これを元の微分方程式に入れてみればよいでしょう。

この回答へのお礼

ありがとうございます。

お礼日時：2011/06/26 17:23