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      一維諧振子:求解厄米方程

       cosmos2062 2022-07-14 發(fā)布于廣東

      厄米方程是數(shù)學(xué)物理問題中經(jīng)常遇到的微分方程,許多實(shí)際問題的微分方程經(jīng)過適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)處理后都可以化為厄米方程。求解厄米方程最常用的方法是將方程的解展開成冪級(jí)數(shù)。

      除了無窮遠(yuǎn)點(diǎn)之外,厄米方程沒有別的奇點(diǎn),因此,可以在原點(diǎn)上將方程的解展開成冪級(jí)數(shù):

      將這個(gè)級(jí)數(shù)形式的解代入厄米方程中,微分方程就被轉(zhuǎn)化成級(jí)數(shù)方程。對級(jí)數(shù)方程做適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)處理就得到系數(shù)之間的遞推關(guān)系:
      由此可以得到方程的兩個(gè)線性無關(guān)解
      利用系數(shù)之間的遞推關(guān)系可以得到:
      因此,除了無窮遠(yuǎn)點(diǎn)之外,厄米方程的這兩個(gè)解都是收斂的,也就是說,它們的收斂半徑等于無窮大。這種收斂性讓我們想起以下函數(shù)的級(jí)數(shù)展開:
      這個(gè)級(jí)數(shù)的收斂方式與厄米方程的級(jí)數(shù)解的收斂方式相似,并且收斂半徑也是無窮大:
      于是,在無窮遠(yuǎn)點(diǎn),厄米方程的兩個(gè)解有這樣的漸近行為:
      因此,如果厄米方程的兩個(gè)級(jí)數(shù)解是無窮級(jí)數(shù),那么,波函數(shù)在無窮遠(yuǎn)點(diǎn)就會(huì)有如下的漸近行為:
      這種漸近行為顯然不滿足波函數(shù)在無窮遠(yuǎn)處趨于零這個(gè)物理要求。

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