Una equazione differenziale
lineare omogenea del secondo ordine a coefficienti
variabili (ODE) ha la forma generale: Dividendola con il coefficiente della derivata seconda si ottiene la forma standard: Un punto z0 è detto regolare e le funzioni p(z) e q(z) sono ambedue analitiche in z0 . In caso contrario z0 è detto singolare |
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SOLUZIONI IN UN INTORNO DI
UN PUNTO REGOLARE |
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Se z0
è un punto regolare la soluzione è analitica
in un intorno di z0
. Quindi può essere sviluppata nella serie di potenze: con un raggio di convergenza R positivo e minore od uguale al più piccolo dei raggi di convergenza di p(z) e q(z). I coefficienti ci possono essere ottenuti mediante sostituzione diretta della serie (2) nella ODE (1) ed uguagliando i coefficienti dei termini della stessa potenza. Questo metodo permette il calcolo di tutti i coefficienti eccetto c0 e c1. Questi due possono essere determinati dalle condizioni iniziali, ovvero dalla conoscenza di u(z0)= c0 e u'(z0)= c1. |
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SOLUZIONI
IN UN INTORNO DI UN PUNTO SINGOLARE REGOLARE |
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Un punto z0
è detto singolare regolare,
o anche fuchsiano,
se ambedue le due funzioni: sono analitiche in z0. In questo caso la soluzione può essere, in un intorno di z0, espressa mediante la combinazione lineare: con C1 e C2 costanti arbitrarie da determinare mediante le condizioni iniziali. Le due soluzioni linearmente indipendenti u1(z) e u2(z) sono ancora sviluppabili in serie di potenze e hanno la forma: con C diverso da zero. Gli esponenti ρ1 e ρ2 sono calcolati risolvendo l'equazione indiciale: p0 e q0 sono i primi coefficienti degli sviluppi in serie delle funzioni analitiche P(z) e Q(z). Ovvero : Delle due soluzioni dell'equazione indiciale, ρ1 è quella con la parte reale positiva. Una volta individuate le due soluzioni u1(z) e u2(z) i coefficienti ci possono essere ottenuti mediante sostituzione diretta delle serie che le rappresenta nella ODE (1) ed uguagliando i coefficienti dei termini della stessa potenza. Questo metodo permette il calcolo di tutti i coefficienti eccetto c0 e c1. Questi due possono essere determinati dalle condizioni iniziali, ovvero dalla conoscenza di u(z0)= c0 e u'(z0)= c1. |
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SOLUZIONI IN
UN INTORNO DEL UN PUNTO ALL'INFINITO |
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Prima di tutto occorre sapere
se il punto all'infinito è regolare, singolare regolare
o singolare non regolare (singolarità essenziale) . Si dimostra che il punto all'infinito è regolare se i coefficienti p(z) e q(z) hanno i comportamenti asintotici: mentre è singolare regolare (fuchsiano) se p(z) e q(z) hanno i comportamenti asintotici: In pratica affinché il punto all'infinito sia regolare occorre verificare se : e per essere fuchsiano occorre verificare se: (l indica un qualsiasi limite finito). Nel caso il punto all'infinito sia regolare la soluzione generale si può sviluppare in serie di potenze del tipo : Di nuovo i coefficienti ci possono essere ottenuti mediante sostituzione diretta della serie nella ODE (1) ed uguagliando i coefficienti dei termini della stessa potenza. Questo metodo permette il calcolo di tutti i coefficienti eccetto c0 e c1. Questi due possono essere determinati dalle condizioni inziali, ovvero dalla conoscenza di u(z0)= c0 e u'(z0)= c1. |
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Se il punto
all'infinito è fuchsiano la soluzione può
essere espressa mediante la combinazione lineare: con C1 e C2 costanti arbitrarie da determinare mediante le condizioni iniziali. Le due soluzioni linearmente indipendenti u1(z) e u2(z) sono ancora sviluppabili in serie di potenze e hanno la forma: con C diverso da zero. Gli esponenti ρ1 e ρ2 sono calcolati risolvendo l'equazione indiciale: Una volta individuate le due soluzioni u1(z) e u2(z) i coefficienti ci possono essere ottenuti mediante sostituzione diretta delle serie che le rappresenta nella ODE (1) ed uguagliando i coefficienti dei termini della stessa potenza. Questo metodo permette il calcolo di tutti i coefficienti eccetto c0 e c1. Questi due possono essere determinati dalle condizioni iniziali, ovvero dalla conoscenza di u(z0)= c0 e u'(z0)= c1. |
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ORDINE DI POLIDROMIA |
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Una funzione è
polidroma di ordine n rispetto ad un punto se
compiendo almeno n+1 giri completi attorno ad esso
la funzione ritorna al valore iniziale. |
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Quindi se si
opera la sostituzione
occorre che : Per le funzioni logaritmo ciò non avviene mai e l'ordine di polidromia è infinito. Per le serie di potenze positive intere (punto regolare) avviene con qualsiasi n (anche n=0) e l'ordine di polidromia è zero (funzione monodroma). Per una potenza non intera ρ occorre imporre la condizione: e trovare per quale più piccolo intero n è soddisfatta (con k intero e diverso da 0). |
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ORDINE DEGLI ZERI
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Un punto z=z0
è uno zero di ordine n se la funzione analitica può
essere posta nella forma: con g(z) una funzione analitica e non nulla in z=z0 |
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