Fis-Mat

 

A Equação de Bessel

bessel01.GIF (603 bytes)

1. Conceituação e ocorrência

 

 

//////A equação

bessel01.GIF (527 bytes)

é a chamada equação diferencial de Bessel de ordem ni.GIF (55 bytes). A restrição x maior.GIF (54 bytes) 0 é essencial, pois não existe solução GERAL para intervalos que contenham x = 0 [1]. Em alguns textos, a equação de Bessel surge sob uma forma mais completa [2],

Bessel02.GIF (592 bytes)

na qual os parâmetros constantes recebem a seguinte denominação:

d equiv.GIF (49 bytes) dimensão;
lambda.GIF (59 bytes) equiv.GIF (49 bytes) autovalor;
mi.GIF (59 bytes) = ni.GIF (55 bytes)2 equiv.GIF (49 bytes) índice angular;
n equiv.GIF (49 bytes) ordem da equação de Bessel.

Se d = 2 e lambda.GIF (59 bytes) = maismenos.GIF (61 bytes) 1, a equação (2) transforma-se na (1).

//////É comum o aparecimento da equação (2) quando da resolução de equações diferenciais parciais da física pelo método de separação de variáveis. Nestes casos, quando o problema é resolvido em coordenadas cilíndricas obtém-se d = 2, e, quando em coordenadas esféricas, d = 3. Em coordenadas cilíndricas, havendo simetria circular, obtém-se ni.GIF (55 bytes)  = 0; caso contrário, para soluções não simétricas, ni.GIF (55 bytes)  = 1, 2, 3, ...

//////No número 1 de Integração [3] fez-se referência ao surgimento da equação de Bessel quando da resolução de um caso particular da equação de Navier-Stokes. Na ocasião, graças às condições de contorno um tanto rígidas, pudemos chegar à solução sem nos utilizarmos das técnicas que serão aqui apresentadas.

//////É interessante notar que tanto a equação (1) quanto a (2) pertencem ao tipo de equações estudadas na teoria de Sturm-Liouville, podendo ser escritas na forma:

[s(x)y']' + [lambda.GIF (59 bytes)ro.GIF (59 bytes)(x) - q(x)]y = 0

onde ro.GIF (59 bytes)(x) é a chamada função peso. Sob esta forma, a equação (1) fica:

bessel02a.GIF (456 bytes)

com s(x) = ro.GIF (59 bytes)(x) = x, q(x) = ni.GIF (55 bytes)2/x e lambda.GIF (59 bytes) = 1.

 

 

Notas e Referências:

1. A equação x2y’’ + xy’ - y = 0 representa um caso mais simples (não é equação de Bessel) onde também se verifica tal restrição (x maior.GIF (54 bytes) 0). Sua solução geral, conforme pode ser facilmente verificado, é y = C1x + C2/x. Esta solução não está definida para x = 0. Voltar

2. Vide, por exemplo, PINSKY, M. A., (1991), Partial Differential Equations and Boundary-Value Problems with Applications, Mc. Graw-Hill Inc., New York, p. 174. Voltar

3. MESQUITA F.° , A., Similaridades entre campos de velocidade e o campo eletromagnético, Integração I(1):15-19, 1995, apêndice C (p. 18). Voltar