シュレディンガー方程式のハミルトニアンに含まれるラプラシアンΔを極座標に変換するときの計算をおこなう。ラプラシアンに2階微分が入っているため、 の変換は手間がかかることを知ってもらいたい。よく見る Δ の極座標表示は以下の通り。
ラプラシアンΔの極座標表示
目次
1. 1階微分の極座標表示
1階微分の極座標表示の導出過程は以下を参考にすると良い。
ここでは1階微分については最終的な結果だけ示しておく。
1階微分の極座標表示
2. ラプラシアンΔの極座標表示
ラプラシアンの 表示は、
であり、2階偏微分を含むため変換は厄介である。導出は、
- 1階偏微分の変換(項目1で示した)
- 2階偏微分の変換
の手順で計算する。
2.1 ∂^2/∂x^2
を2回使う。
1行目
間違えやすいポイント
間違えがちなポイント
これは適当な関数 を用意すればわかると思う。
何が の関数になっているところがはっきりしていれば間違えにくい。
2行目
3行目
2.2 ∂^2/∂y^2
同様に計算する。
1行目
2行目
3行目
2.3 ∂^2/∂z^2
1行目
2行目
2.4 ∂^2/∂x^2 + ∂^2/∂y^2 + ∂^2/∂z^2
方針:項ごとに係数を計算して、まとめる。
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2.5 全部足す
以上をまとめることで、ラプラシアンの極座標表示が求められる。
ラプラシアンΔの極座標表示
3. まとめ
大変な計算量でした。お疲れ様でした。途中の「間違えやすいポイント」にさえ注意すれば、ラプラシアンの極座標表示は求められます。