![]()
نمایش های بصری اولین هارمونیک های کروی واقعی. بخشهای آبی نشاندهنده مناطقی هستند که تابع مثبت است و بخشهای زرد نشاندهنده جایی که تابع منفی است. فاصله سطح از مبدا قدر مطلق را نشان می دهددر جهت زاویه ای
.
در ریاضیات و علوم فیزیک ، هارمونیک های کروی توابع خاصی هستند که بر روی سطح یک کره تعریف می شوند . آنها اغلب در حل معادلات دیفرانسیل جزئی در بسیاری از زمینه های علمی به کار می روند. لیستی از هارمونیک های کروی در جدول هارمونیک های کروی موجود است .
از آنجایی که هارمونیکهای کروی مجموعه کاملی از توابع متعامد و در نتیجه یک مبنای متعامد را تشکیل میدهند ، هر تابعی که روی سطح یک کره تعریف میشود را میتوان به عنوان مجموع این هارمونیکهای کروی نوشت. این شبیه به توابع تناوبی است که روی یک دایره تعریف شده است که می تواند به عنوان مجموع توابع دایره ای (سینوس ها و کسینوس ها) از طریق سری فوریه بیان شود . مانند سینوس ها و کسینوس ها در سری فوریه، هارمونیک های کروی ممکن است با فرکانس زاویه ای (مکانی) سازماندهی شوند ، همانطور که در ردیف های توابع در تصویر سمت راست دیده می شود. علاوه بر این، هارمونیکهای کروی توابع پایهای برای نمایشهای تقلیلناپذیر SO (3) ، گروه چرخشهای سهبعدی هستند، و بنابراین نقش مرکزی در بحث نظری گروهی SO(3) دارند.
هارمونیک های کروی از حل معادله لاپلاس در حوزه های کروی سرچشمه می گیرند. توابعی که راه حل معادله لاپلاس هستند هارمونیک نامیده می شوند . هارمونیکهای کروی با وجود نامشان، سادهترین شکل خود را در مختصات دکارتی به خود میگیرند، جایی که میتوان آنها را به عنوان چندجملهای همگن درجه تعریف کرد . که در
که از معادله لاپلاس پیروی می کنند. اگر کسی از همگنی برای استخراج یک عامل وابستگی شعاعی استفاده کند، ارتباط با مختصات کروی بلافاصله ایجاد می شود.
از چند جمله ای درجه فوق الذکر
; عامل باقی مانده را می توان تابعی از مختصات زاویه ای کروی در نظر گرفت
و
فقط، یا معادل آن بردار واحد جهتی
با این زوایا مشخص می شود. در این تنظیمات، آنها ممکن است به عنوان بخش زاویه ای مجموعه ای از راه حل های معادله لاپلاس در سه بعد در نظر گرفته شوند، و این دیدگاه اغلب به عنوان یک تعریف جایگزین در نظر گرفته می شود. با این حال، توجه داشته باشید که هارمونیک های کروی توابعی بر روی کره نیستند که با توجه به عملگر لاپلاس-بلترامی برای متریک استاندارد گرد روی کره، هارمونیک باشند: تنها توابع هارمونیک از این نظر در کره، ثابت ها هستند، زیرا توابع هارمونیک هستند. اصل حداکثر را برآورده کنید . هارمونیک های کروی، به عنوان توابع روی کره، توابع ویژه عملگر لاپلاس-بلترامی هستند (به بخش ابعاد بالاتر در زیر مراجعه کنید).
مجموعه خاصی از هارمونیک های کروی، نشان داده شده استیا
به عنوان هارمونیک های کروی لاپلاس شناخته می شوند، زیرا اولین بار توسط پیر سیمون د لاپلاس در سال 1782 معرفی شدند .
هارمونیکهای کروی در بسیاری از کاربردهای نظری و عملی، از جمله نمایش میدانهای الکترواستاتیک و الکترومغناطیسی چند قطبی ، پیکربندیهای الکترونی ، میدانهای گرانشی ، زمینهای زمین ، میدانهای مغناطیسی اجرام سیارهای و ستارگان، و تابش پسزمینه مایکروویو کیهانی مهم هستند . در گرافیک کامپیوتری سه بعدی ، هارمونیک های کروی در موضوعات مختلف از جمله نور غیر مستقیم ( انسداد محیط ، روشنایی جهانی ، انتقال تابش از پیش محاسبه شده و غیره) و مدل سازی اشکال سه بعدی نقش دارند.
در این وبلاگ به ریاضیات و کاربردهای آن و تحقیقات در آنها پرداخته می شود. مطالب در این وبلاگ ترجمه سطحی و اولیه است و کامل نیست.در صورتی سوال یا نظری در زمینه ریاضیات دارید مطرح نمایید .در صورت امکان به آن می پردازم. من دوست دارم برای یافتن پاسخ به سوالات و حل پروژه های علمی با دیگران همکاری نمایم.در صورتی که شما هم بامن هم عقیده هستید با من تماس بگیرید.