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Expresión explícita para los pares propios del operador Laplace-Beltrami

En $R^n$ el operador de Laplace-Beltrami es sólo el lapón, y su eigenstructura es bien conocida. También hay expresiones explícitas para los valores propios/vectores propios del operador Laplace-Beltrami en la esfera.

Pregunta : ¿Existen otras superficies no triviales para las cuales las expresiones explícitas para los valores propios/vectores propios del operador Laplace-Beltrami han que se ha resuelto? No pude encontrar nada para un elipsoide.

También quería enfatizar que estoy buscando expresiones de forma cerrada.

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Matt Dawdy Puntos 5479

La respuesta es buena para los toros planos en todas las dimensiones. Escribamos un toro como $V/ \Gamma $ donde $V$ es un espacio vectorial real de dimensiones finitas $n$ con el producto interno $ \langle \cdot , \cdot \rangle $ y $ \Gamma $ es un red (un subgrupo discreto isomórfico a $ \mathbb {Z}^n$ que se extiende $V$ ). Cualquier función propia dos veces diferenciada $f : V/ \Gamma \to \mathbb {C}$ de la Laplaciana es en particular una eigenfunción limitada de la Laplaciana en $V$ así que podemos tomarlo para tener la forma $$f_w(v) = e^{2 \pi i \langle w, v \rangle }$$

para algunos $w \in V$ (por razones que se describirán más adelante). También necesitamos imponer la restricción de que $f_w$ es invariable bajo $ \Gamma $ por lo tanto, que $$e^{2 \pi i \langle w, v \rangle } = e^{2 \pi i \langle w, v + g \rangle }$$

para cada $g \in \Gamma $ . Esta condición se satisface si y sólo si $w$ pertenece a la doble rejilla $ \Gamma ^{ \vee }$ que consiste en todos los vectores $w$ de tal manera que $ \langle w, g \rangle \in \mathbb {Z}$ para todos $g \in \Gamma $ . Además, $$ \Delta f_w = - 4 \pi ^2 \| w \|^2$$

así que los valores propios de los lapones en $V/ \Gamma $ son sólo $- 4 \pi ^2$ veces los cuadrados de las longitudes de los vectores en $ \Gamma ^{ \vee }$ .

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Paul Puntos 13239

En general es difícil encontrar los eigenvalores y las eigenfunciones del operador Laplace-Beltrami de una superficie general. Sin embargo, algo se sabe. En particular, los valores propios y las funciones propias de la norma $n$ - se conocen las dimensiones de la esfera. Más precisamente, las funciones propias están dadas por los armónicos esféricos. Si se busca "esfera de valores propios lapones" en Internet, se pueden encontrar muchas referencias.

Además, si recuerdo correctamente, se conocen los valores propios del toro plano (se necesitan referencias). También se conocen los valores propios del colector de Heisenberg (ver aquí ).

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