
【计】 associated Laguerre function
连带拉盖尔函数(Associated Laguerre Functions),是数学物理方法中一类重要的特殊函数,在量子力学、电磁学等领域有广泛应用。以下从汉英对照角度详细解释其含义:
中文术语:连带拉盖尔函数
英文术语:Associated Laguerre Functions
数学定义:
连带拉盖尔函数是拉盖尔多项式(Laguerre Polynomials)的推广形式,由两个参数 ( n )(阶数)和 ( k )(连带阶数)定义。其标准微分方程为:
$$ xfrac{dy}{dx} + (k+1-x)frac{dy}{dx} + ny = 0 $$
其显式表达式(Rodrigues公式)为:
$$ L_n^k(x) = frac{e^x x^{-k}}{n!} frac{d^n}{dx^n}(e^{-x} x^{n+k}) $$
在区间 ([0, infty)) 上,关于权函数 ( x^k e^{-x} ) 正交:
$$ int_0^infty x^k e^{-x} L_n^k(x) Lm^k(x)dx = frac{(n+k)!}{n!} delta{nm} $$
满足递推公式:
$$ (n+1)L_{n+1}^k(x) = (2n + k + 1 - x)Ln^k(x) - (n+k)L{n-1}^k(x) $$
用于描述氢原子径向波函数:
$$ R{nl}(r) propto e^{-r/(na)} r^l L{n-l-1}^{2l+1}left( frac{2r}{na} right) $$
其中 ( n ) 为主量子数,( l ) 为角量子数。
在激光物理中用于求解高斯光束的波动方程。
Arfken & Weber 著,第7版,第18章详细讨论连带拉盖尔函数的性质与应用。
Griffiths 著,第4章氢原子波函数推导中完整使用连带拉盖尔函数。
美国国家标准技术研究院在线数据库提供严格定义与公式验证(链接:https://dlmf.nist.gov/18.3)。
中文 | 英文 |
---|---|
阶数 | Order ( (n) ) |
连带阶数 | Associated order ( (k) ) |
正交性 | Orthogonality |
递推关系 | Recurrence relation |
径向波函数 | Radial wave function |
连带拉盖尔函数(Associated Laguerre Functions)是拉盖尔多项式的一种推广形式,在数学和物理学中具有重要应用,尤其在量子力学中用于描述氢原子波函数。以下从定义、数学性质和应用三方面详细解释:
连带拉盖尔函数由拉盖尔多项式引入额外参数生成。其定义为: $$ L_n^{(alpha)}(x) = frac{x^{-alpha} e^x}{n!} frac{d^n}{dx^n} left( x^{n+alpha} e^{-x} right) $$ 其中:
当 (alpha = 0) 时,退化为标准拉盖尔多项式 ( L_n(x) )。
正交性:在区间 ( [0, infty) ) 上,连带拉盖尔函数关于权函数 ( x^alpha e^{-x} ) 正交: $$ int_0^infty x^alpha e^{-x} L_m^{(alpha)}(x) Ln^{(alpha)}(x) dx = frac{Gamma(n+alpha+1)}{n!} delta{mn} $$ 其中 (Gamma) 为伽马函数,(delta_{mn}) 为克罗内克符号。
微分方程:满足连带拉盖尔方程: $$ x y'' + (alpha + 1 - x) y' + n y = 0 $$ 该方程在量子力学氢原子模型的径向波函数求解中出现。
递推关系:可通过递推公式生成高阶多项式,例如: $$ (n+1)L_{n+1}^{(alpha)}(x) = (2n+alpha+1 -x)Ln^{(alpha)}(x) - (n+alpha)L{n-1}^{(alpha)}(x) $$
量子力学:氢原子径向波函数可表示为: $$ R_{nl}(r) propto r^l e^{-r/(n amu)} L{n-l-1}^{(2l+1)}left( frac{2r}{n a_mu} right) $$ 其中 ( n, l ) 为主量子数和角量子数,( a_mu ) 为玻尔半径。
数值计算:用于高斯-拉盖尔积分法(Gauss-Laguerre quadrature),解决带指数权函数的积分问题。
统计学与工程学:在Gamma分布密度函数、信号处理中的系统建模等领域也有应用。
连带拉盖尔函数通过引入参数 (alpha) 扩展了标准拉盖尔多项式的适用范围,其正交性和微分方程特性使其成为解决物理与工程问题的关键工具。如需具体公式推导或代码实现,可参考量子力学教材或数值计算库(如MATLAB的mlaguerre
函数)。
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