DEigensystem

DEigensystem[ℒ[u[x,y,…]],u,{x,y,…}∈Ω,n]

線形微分演算子 ℒ について，領域 Ω 上で，最も小さい n 個の固有値と固有関数を与える．

DEigensystem[eqns,u,t,{x,y,…}∈Ω,n]

時間依存微分方程式 eqns の解 u について，固有値と固有関数を与える．

詳細とオプション

  • DEigensystemは，指定された境界条件を持つ常微分演算子および偏微分演算子について，固有値と固有関数を計算することができる．
  • DEigensystemは，固有値 λiと固有関数 uiのリスト{{λ1,…,λn},{u1,…,un}}を与える．
  • 微分演算子 ℒ についての固有値と固有関数のペア{λi,ui}は，ℒ[ui[x,y,…]]==λi ui[x,y,…]を満足する．
  • 同次DirichletCondition境界条件あるいは同次NeumannValue境界条件が含まれることがある．非同次境界条件は対応する同次境界条件で置換される
  • 境界 ∂Ωについて境界条件が指定されていない場合は，ノイマン(Neumann)0条件を指定することに等しい．
  • 方程式 eqns はDSolveにおけるように指定される．
  • N[DEigensystem[…]]は，記号的に計算できない固有系についてはNDEigensystemを呼び出す．
  • 使用可能なオプション
  • Assumptions $Assumptionsパラメータについての仮定
    Method Automatic使用するメソッド
  • 固有関数は自動的には正規化されない．Method->"Normalize"の設定を使って正規化された固有関数を使うことができる．

例題

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例  (2)

[0,π]上で，ラプラス(Laplace)演算子の最も小さい4つの固有値と固有関数を求める：

固有関数を可視化する：

辺を固定した円筒膜について，最初の6つの固有関数を計算する：

固有関数を可視化する：

スコープ  (20)

1D  (9)

ラプラス演算子を指定する：

同次ディリクレ(Dirichlet)境界条件を指定する：

区間内の最も小さい5つの固有値と固有関数を求める：

固有関数を可視化する：

ラプラス演算子を指定する：

同次ノイマン境界条件を指定する：

区間内で最も小さい5つの固有値と固有関数を求める：

これは等しい：

ラプラス演算子を指定する：

同次ディリクレ境界条件を指定する：

同次ノイマン境界条件を指定する：

区間内で最も小さい5つの固有値と固有関数を求める：

固有関数を可視化する：

ラプラス演算子を指定する：

同次ディリクレ境界条件を指定する：

非零の同次ノイマン境界条件を指定する：

区間内で最も小さい5つの固有値と固有関数を求める：

固有値は超越方程式の根である：

固有関数を可視化する：

エアリー(Airy)演算子を指定する：

同次ディリクレ境界条件を指定する：

区間内で最も小さい5つの固有値と固有関数を求める：

固有値は超越方程式の根である：

固有関数を可視化する：

エアリー演算子を指定する：

同次ノイマン境界条件を指定する：

区間内で最も小さい5つの固有値と固有関数を求める：

固有値は超越方程式の根である：

固有関数を可視化する：

ラプラス演算子の固有値と固有関数についての記号式を求める：

記号固有値：

記号固有関数：

量子調和振動子を入れる：

実線の固有値と固有関数についての記号式を求める：

同次ディリクレ境界条件で熱伝導方程式を指定する：

最も小さい4つの固有値と固有関数を求める：

固有関数を可視化する：

2D  (6)

同次ディリクレ境界条件でラプラス演算子を指定する：

長方形内で最も小さい9つの固有値と固有関数を求める：

固有関数を可視化する：

同次ノイマン境界条件でラプラス演算子を指定する：

長方形内で最も小さい4つの固有値と固有関数を求める：

固有関数を可視化する：

ラプラス演算子を指定する：

同次ディリクレ境界条件を指定する：

演算子の最も小さい4つの固有値と固有関数を単位円板上で求める：

固有関数を可視化する：

量子調和振動子の演算子を指定する：

同次ディリクレ境界条件を指定する：

平面上で演算子の最も小さい6個の固有値と固有関数を求める：

固有関数を可視化する：

ラプラス演算子を指定する：

同次ディリクレ境界条件を指定する：

演算子の最も小さい6つの演算子の固有値と固有関数を三角形内で求める：

固有関数を可視化する：

ラプラス演算子を指定する：

同次ディリクレ境界条件を指定する：

演算子の最も小さい4つの固有値と固有関数を円板のセクター上で求める：

固有関数を可視化する：

3D  (5)

ラプラス演算子を指定する：

同次ディリクレ境界条件を指定する：

直方体内の最も小さい7つの固有値と固有関数を求める：

固有関数を可視化する：

ラプラス演算子を指定する：

同次ディリクレ境界条件を指定する：

円筒内の最も小さい7つの固有値と固有関数を求める：

固有関数を可視化する：

ラプラス演算子を指定する：

同次ディリクレ境界条件を指定する：

球体内の最も小さい7つの固有値と固有関数を求める：

固有関数を可視化する：

ラプラス演算子を指定する：

同次ディリクレ境界条件を指定する：

角錐内の最も小さい7つの固有値と固有関数を求める：

固有関数を可視化する：

量子調和振動子の演算子を指定する：

同次ディリクレ境界条件を指定する：

空間中で最も小さい8個の固有値と固有関数を求める：

固有関数を可視化する：

オプション  (2)

Assumptions  (1)

Assumptionsを使って結果を簡約する：

オプションがないと，等しくはあるがより複雑な答が返されるだろう：

Method  (1)

微分演算子について固有関数を正規化する：

固有関数が1に正規化されたことを確認する：

アプリケーション  (3)

関数 の固有関数展開中の最初の3項を，区間上のディリクレ条件で，1Dラプラス演算子によって与えられた底について計算する：

フーリエ(Fourier)係数を計算する：

必要な固有関数展開は以下である：

関数をその固有関数展開と比較する：

ディリクレ条件を持つ熱伝導方程式について，固有関数の線形結合を用いて解を構築する：

固有関数の線形結合を作る：

これが，本当に，熱伝導方程式の解であることを確かめる：

この解は同次ディリクレ条件を満足する：

解を可視化する：

CO分子を実質的なバネ定数が k=TemplateBox[{1.86`, {"kN", , "/", , "m"}, kilonewtons per meter, {{(, "Kilonewtons", )}, /, {(, "Meters", )}}}, QuantityTF]の平衡長の周囲で実験的に振動させる．振動は量子調和振動子方程式によって支配されている．以下では， は分子の換算質量， は固有振動数， は平衡位置からの移動， は換算プランク(Planck)定数である：

固有値（それぞれの状態のエネルギー）と正規化された固有関数を計算する：

粒子が4状態を等しく重ね合せたものであるなら，波動関数は次の形になる：

1のオーダーに近い値を与える原子質量単位の基本単位，フェムト秒，ピコメートルを使って ，， を計算する：

固有関数の位置エネルギーに対する応答は，の幅に入るように再スケールすることで可視化できる：

平衡点からの移動の確率密度関数は で与えられる：

確率分布として，実数上での の積分はすべての に対して1である：

確率密度を時間に沿って可視化する：

特性と関係  (6)

NDEigensystemを使って数値による固有値と固有ベクトルを求める：

厳密な固有値と固有ベクトルを求める：

数値による固有値と固有ベクトルを求める：

DEigenvaluesを使って微分演算子についての固有値を求める：

固有値と固有関数を求める：

固有値のみを求める：

DSolveを使って固有値問題を解く：

固有値と固有関数を求める：

完全な固有系を求める：

DEigensystemによって与えられる固有関数は直交関数である：

固有値と固有関数を求める：

固有関数が直交関数であることを確かめる：

DEigensystemによって与えられる固有関数の系は，デフォルトで，直交系ではない：

固有値と固有関数を求める：

固有関数は，デフォルトでは正規直交化されない：

Method->"Normalize"を使って正規直交系を得る：

記号評価が失敗した場合は，N[DEigensystem[...]]を適用してNDEigensystemを呼び出す：

考えられる問題  (2)

非同次ディリクレ条件は同次の条件で置換される：

同じ結果：

非同次ノイマン値は同次の値で置換される：

同じ結果：

Wolfram Research (2015), DEigensystem, Wolfram言語関数， https://reference.wolfram.com/language/ref/DEigensystem.html.

テキスト

Wolfram Research (2015), DEigensystem, Wolfram言語関数， https://reference.wolfram.com/language/ref/DEigensystem.html.

CMS

Wolfram Language. 2015. "DEigensystem." Wolfram Language & System Documentation Center. Wolfram Research. https://reference.wolfram.com/language/ref/DEigensystem.html.

APA

Wolfram Language. (2015). DEigensystem. Wolfram Language & System Documentation Center. Retrieved from https://reference.wolfram.com/language/ref/DEigensystem.html

BibTeX

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BibLaTeX

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