Khóa Luận Tốt Nghiệp: Hệ Thống Và Ứng Dụng Các Hàm Toán Đặc Biệt Trong Giải Bài Toán Biên

• Tác giả: Vũ Hoàng Thanh Trang
• Người hướng dẫn: TS. Lương Lê Hải
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Vật lý
• Đề tài: Hệ thống và ứng dụng của một số hàm toán đặc biệt trong việc giải các bài toán biên
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG MỘT SỐ HÀM TOÁN ĐẶC BIỆT
• 1.1. Hàm Bessel và các hàm trụ
• 1.1.1. Định nghĩa và các tính chất cơ bản của hàm Bessel
• 1.1.2. Các hàm trụ khác
• 1.2. Đa thức trực giao cổ điển Legendre
• 1.3. Đa thức Legendre liên hợp
• 1.4. Định nghĩa và các tính chất cơ bản của hàm cầu
• 2. CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG CỦA CÁC HÀM TOÁN ĐẶC BIỆT TRONG VIỆC GIẢI CÁC BÀI TOÁN BIÊN
• 2.1. Bài toán về sự làm nguội của hình trụ tròn dài vô hạn
• 2.2. Bài toán khảo sát sự rung động của bề mặt trống
• 2.3. Bài toán tán xạ vô hướng trên phỏng cầu dài
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC
• CÔNG BỐ KHOA HỌC

I. Hệ thống các hàm toán đặc biệt

Khóa luận tập trung vào việc hệ thống hóa các hàm toán đặc biệt như hàm Bessel, hàm trụ, đa thức Legendre, và hàm cầu. Các hàm này đóng vai trò quan trọng trong việc giải các bài toán biên trong vật lý toán và vật lý lý thuyết. Hàm Bessel xuất hiện trong nghiệm của phương trình Laplace và Helmholtz, trong khi đa thức Legendre được sử dụng để giải các bài toán Sturm-Liouville. Các hàm này không chỉ có tính chất toán học đặc biệt mà còn có ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khoa học tự nhiên.

1.1 Hàm Bessel và các hàm trụ

Hàm Bessel là nghiệm của phương trình Bessel, xuất hiện trong các bài toán liên quan đến hệ tọa độ cực và trụ. Các hàm trụ như hàm Hankel, hàm Neumann, và hàm Macdonald cũng được nghiên cứu kỹ lưỡng. Các hàm này có tính chất trực giao và được sử dụng để giải các phương trình vi phân trong vật lý toán. Ví dụ, hàm Bessel loại một và loại hai tạo thành hệ nghiệm cơ bản của phương trình Bessel.

1.2 Đa thức Legendre và hàm cầu

Đa thức Legendre là nghiệm của phương trình Legendre, được sử dụng để giải các bài toán trong hệ tọa độ cầu. Các hàm cầu được xây dựng từ đa thức Legendre liên hợp và có ứng dụng trong việc giải phương trình Laplace trong không gian ba chiều. Các hàm này đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu các hiện tượng vật lý có tính đối xứng cầu.

II. Ứng dụng của các hàm toán đặc biệt trong giải bài toán biên

Khóa luận trình bày các ứng dụng cụ thể của hàm toán đặc biệt trong việc giải các bài toán biên. Các bài toán được nghiên cứu bao gồm bài toán truyền nhiệt, bài toán rung động bề mặt trống, và bài toán tán xạ vô hướng. Các hàm Bessel và Legendre được sử dụng để tìm nghiệm chính xác của các bài toán này, từ đó giúp hiểu rõ hơn về các hiện tượng vật lý phức tạp.

2.1 Bài toán truyền nhiệt

Bài toán truyền nhiệt trong hình trụ dài vô hạn được giải quyết bằng cách sử dụng hàm Bessel. Nghiệm của bài toán được biểu diễn dưới dạng chuỗi các hàm Bessel, giúp mô tả sự phân bố nhiệt độ trong không gian. Đây là một ví dụ điển hình về việc áp dụng hàm toán đặc biệt trong vật lý thực nghiệm.

2.2 Bài toán rung động bề mặt trống

Bài toán rung động bề mặt trống được giải bằng cách sử dụng hàm Bessel và hàm Neumann. Nghiệm của bài toán mô tả các mode rung động của bề mặt trống, giúp hiểu rõ hơn về cơ học sóng và âm học. Đây là một ứng dụng quan trọng của hàm toán đặc biệt trong lĩnh vực kỹ thuật.

III. Kết luận và hướng phát triển

Khóa luận đã hệ thống hóa và ứng dụng thành công các hàm toán đặc biệt trong việc giải các bài toán biên. Các kết quả nghiên cứu không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong vật lý và kỹ thuật. Hướng phát triển tiếp theo bao gồm việc mở rộng nghiên cứu các hàm toán phức tạp hơn và áp dụng chúng vào các bài toán vật lý hiện đại.