• Tidak ada hasil yang ditemukan

  

Dimana

Dimana



konstan. Dapat disimpulkan bahwa untuk u(r,konstan. Dapat disimpulkan bahwa untuk u(r,θθ) dari bentuk (2.9) untuk) dari bentuk (2.9) untuk memenuhi persamaan Laplace, fungsi R dan

memenuhi persamaan Laplace, fungsi R dan φφ harus memenuhi persamaan diferensialharus memenuhi persamaan diferensial biasa (2.11) dan (2.12). Persamaan 2.11 dikenal sebagai persamaan Euler dan memiliki biasa (2.11) dan (2.12). Persamaan 2.11 dikenal sebagai persamaan Euler dan memiliki dua solusi bebas linear.

dua solusi bebas linear.

    √ √ √ √    

(2.13)(2.13) Dua solusi bebas linear dari (2.12) adalah

Dua solusi bebas linear dari (2.12) adalah

    √ √   √ √       

(2.14)(2.14) tidak dapat diasumsikan bahwa, untuk setiap nilai μ dan untuk fungsi (2.

tidak dapat diasumsikan bahwa, untuk setiap nilai μ dan untuk fungsi (2.13) dan (2.14)13) dan (2.14)

bentuk berikut

bentuk berikut



(2.15)(2.15)

terdefinisi sebagai sebuah fungsi harmonik di

terdefinisi sebagai sebuah fungsi harmonik di setiap domainsetiap domain  dari Rdari R22. Hal ini hanya. Hal ini hanya berlaku jika (2.15) adalah fu

berlaku jika (2.15) adalah fungsi yang ‘well defined’ ngsi yang ‘well defined’ (C(C22) di) di .. Ini berarti bahwa agar (2.15) untuk mene

Ini berarti bahwa agar (2.15) untuk menentukan fungsi ‘nilai tunggal’ dintukan fungsi ‘nilai tunggal’ di



, fungsi, fungsi



harus periodik dengan periode

harus periodik dengan periode



(misalkan) dan harus memenuhi kondisi berikut(misalkan) dan harus memenuhi kondisi berikut

    

(2.16)(2.16) Jika

Jika  adalah domain yang berisi kurva mengelilingi titik asal, fungsi angular adalah domain yang berisi kurva mengelilingi titik asal, fungsi angular yang dapatyang dapat digunakan dalam (2.15) untuk menentukan fungsi harmonik di

digunakan dalam (2.15) untuk menentukan fungsi harmonik di  adalahadalah

  

(2.17)(2.17) Fungsi radial yang sesuai

Fungsi radial yang sesuai

     

(2.18)(2.18)

             

(2.19) (2.19) Jika

Jika  tidak mengandung titik asal Rtidak mengandung titik asal R22, semua fungsi di (2.19) harmonik di, semua fungsi di (2.19) harmonik di . Jika. Jika  mengandung titik asal, hanya fungsi pada baris pertama adalah harmonik di

mengandung titik asal, hanya fungsi pada baris pertama adalah harmonik di ..

Misalkan

38 38 u(r,

u(r,θθ) =) = θθ (2.20)(2.20)

Pada koordinat segiempat, fungsi harmonik (2.20) adalah Pada koordinat segiempat, fungsi harmonik (2.20) adalah

  

(2.21)(2.21)

   

(2.22) (2.22)

Menerapkan metode pemisahan variabel untuk mendapatkan fungsi harmonik dalam Menerapkan metode pemisahan variabel untuk mendapatkan fungsi harmonik dalam domain dari R

domain dari R33. Dalam hal ini dicari fungsi harmonik u(r,. Dalam hal ini dicari fungsi harmonik u(r,θθ,,φφ) dari bentuk) dari bentuk u(r,

u(r,θθ,,φφ) = R(r)Y() = R(r)Y(θθ,,φφ) ) (2.23)(2.23) Dengan mensubstitusi (2.23) ke persamaan laplace, diperoleh

Dengan mensubstitusi (2.23) ke persamaan laplace, diperoleh

 

(2.24)(2.24)



(2.25)(2.25) Dua solusi bebas linear dari (2.24) adalah

Dua solusi bebas linear dari (2.24) adalah

 

Dimana

Dimana αα1 dan1 dan αα2 adalah akar dari persamaan2 adalah akar dari persamaan

  –  –    

Persamaan (2.25) memiliki solusi nontrivial hanya ketika

Persamaan (2.25) memiliki solusi nontrivial hanya ketika μμ sama dengan salah satu darisama dengan salah satu dari nilai

nilai

μ

μnn= n(n1), = n(n1), n=0,1,2,…n=0,1,2,… Untuk setiap

Untuk setiap μμnn, ada 2n+1 solusi bebas linear dari (2.25), disimbolkan dengan, ada 2n+1 solusi bebas linear dari (2.25), disimbolkan dengan Solusi ini disebut harmonik Laplace bola, dimana

Solusi ini disebut harmonik Laplace bola, dimana μμ==μμnn, maka fungsi radial nya, maka fungsi radial nya rrnn, r, r-n-1-n-1; n=0,1,2,…; n=0,1,2,…

dan fungsi harmonik (2.23) adalah dan fungsi harmonik (2.23) adalah

39 39 3.

3. Mengganti Mengganti Variabel Variabel Untuk Untuk Menghasilkan Menghasilkan Fungsi Fungsi Harmonik Harmonik Baru InveBaru Invers rs TerhadapTerhadap Lingkaran dan Bola

Lingkaran dan Bola

Pada bagian sebelumnya kita memperoleh koleksi fungsi harmonik

Pada bagian sebelumnya kita memperoleh koleksi fungsi harmonik dengan metodedengan metode

pemisahan variabel. Dengan prinsip superposisi semua kombinasi linear dar

pemisahan variabel. Dengan prinsip superposisi semua kombinasi linear dar i fungsii fungsi

ini juga harmonik. Dalam bagian ini dijelaskan cara untuk memperoleh fungsi ini juga harmonik. Dalam bagian ini dijelaskan cara untuk memperoleh fungsi harmonik baru dari satu yang diketahui dengan merubah variabel.

harmonik baru dari satu yang diketahui dengan merubah variabel. Pertama-tama kita pertimbangkan fungsi harmonik di R

Pertama-tama kita pertimbangkan fungsi harmonik di R22. Diberikan. Diberikan  dandan ’ adalah’ adalah domain di R

domain di R22, misalkan ada pemetaan satu-satu dari, misalkan ada pemetaan satu-satu dari  keke ’ diberikan oleh :’ diberikan oleh : x’ =

x’ = x’(x,y)x’(x,y) y’=y’(x,y),y’=y’(x,y), (3.1)(3.1)

dengan pemetaan invers dari

dengan pemetaan invers dari ’ ke ’ ke  diberikan oleh :diberikan oleh : x=x(x’,y’)

x=x(x’,y’) y=y(x’,y’)y=y(x’,y’) (3.2)(3.2)

Kita asumsikan fung

Kita asumsikan fungsi x’(x,y) dan y’(x,y) ada di Csi x’(x,y) dan y’(x,y) ada di C22((), sedangkan fungsi x(x’,y’) dan), sedangkan fungsi x(x’,y’) dan y(x’,y’) ada di C

y(x’,y’) ada di C22((’).’).

Diberikan u(x,y) adalah fungsi yang terdefinisi di

Diberikan u(x,y) adalah fungsi yang terdefinisi di  dan u(x’,y’) adalah fungsi yangdan u(x’,y’) adalah fungsi yang terdefinisi di

terdefinisi di ’ dengan rumus :’ dengan rumus :

u(x’,y’) = u(x(x’,y’) , y(x’,y’))

u(x’,y’) = u(x(x’,y’) , y(x’,y’)) (3.3)(3.3)

pemetaan (3.1), (3.2) dapat dikatakan sebagai transformasi koordinat atau pemetaan (3.1), (3.2) dapat dikatakan sebagai transformasi koordinat atau perubahan variabel. perubahan variabel. Transformasi Dasar : Transformasi Dasar : 1. Translasi 1. Translasi x’ = x  x x’ = x  x00,, y’ = y  yy’ = y  y00;; x = x’ – x = x’ – xx00,, y = y’ –y = y’ – yy00,, dimana (x

dimana (x00, y, y00) adalah titik yang ditetapkan di R) adalah titik yang ditetapkan di R22.. 2. Rotasi

2. Rotasi x’ = (cos α

x’ = (cos α)x + (sin)x + (sin αα)y,)y, y’ =y’ = -(sin-(sin αα)x + (cos)x + (cos αα)y;)y; x = (cos

x = (cos α)x’ –α)x’ – (sin(sin α)y’,α)y’, y = (siny = (sin α)x’  (cos α)y’,α)x’  (cos α)y’, dimana

40 40 3. Refleksi : refleksi garis lurus di R

3. Refleksi : refleksi garis lurus di R22

contoh : contoh :

x’ =

x’ = x, x, y’ =y’ = -y;-y; x = x = x’, x’, y =y = --y’y’ merupakan refleksi terhadap sumbu-x merupakan refleksi terhadap sumbu-x

x’ =

x’ = --x, x, y’ y’ = y= y;; x = -x = -x’, x’, y = y = y’,y’, merupakan refleksi terhadap sumbu-y merupakan refleksi terhadap sumbu-y dan

dan x’ =

x’ = y, y, y’ =y’ = x;x; x = x = y’, y’, y = y = x’,x’, merupakan refleksi terhadap garis x = y. merupakan refleksi terhadap garis x = y. 4. Transformasi yang dilatasi

4. Transformasi yang dilatasi x’

x’ = = λx, λx, y’ y’ = = λλy; y; x x = (1/= (1/ λ)x’, λ)x’, y y = = (1/(1/ λ)y’,λ)y’, dimana

dimana λλ adalah konstanta yang tak nol.adalah konstanta yang tak nol. Contoh 3.2

Contoh 3.2

Dengan rotasi bentuk (2.19) menjadi Dengan rotasi bentuk (2.19) menjadi

Fungsi pada baris pertama harmonik di R

Fungsi pada baris pertama harmonik di R22. Dimana, fungsi pada baris kedua juga. Dimana, fungsi pada baris kedua juga harmonik di R

harmonik di R22kecuali di titik (0,0).kecuali di titik (0,0).

Pada transformasi dasar yang telah kita definisikan di R

Pada transformasi dasar yang telah kita definisikan di R22memiliki analog yang jelasmemiliki analog yang jelas dalam R

dalam R33dan dalam ruang dimendan dalam ruang dimensi yang lebih tinggi. si yang lebih tinggi. Contoh,Contoh, (x

(x22+ y+ y22+ z+ z22))-1/2-1/2 fungsi ini harmonik dalam R

fungsi ini harmonik dalam R33kecuali di titik asal dan dengan translasikecuali di titik asal dan dengan translasi [(x-x

[(x-x00))22+(y-y+(y-y00))22+(z-z+(z-z00))22]]-1/2-1/2 fungsi ini harmonik dalam R

fungsi ini harmonik dalam R33kecuali titik (xkecuali titik (x00, y, y00, z, z00).). Pada notasi vector,

41 41 |

|r-rr-r00||-1-1 (3.8)(3.8)

Dan fungsi ini harmonic di R

Dan fungsi ini harmonic di R33dengan titik awaldengan titik awal rr00.. Kecuali untuk translasi, semua transformasi dasar di R

Kecuali untuk translasi, semua transformasi dasar di Rnndiberikan oleh persamaandiberikan oleh persamaan dengan bentuk

dengan bentuk

xxii== i=1,…,ni=1,…,n (3.9)(3.9)

Atau dalam notasi matriks

Atau dalam notasi matriks x=Ax’x=Ax’ (3.10)(3.10)

Dan A = [a

Dan A = [aijij] adalah matiks non singular nxn dengan invers A] adalah matiks non singular nxn dengan invers A-1-1oleh karena ituoleh karena itu x’=A

x’=A-1-1x x (3.11)(3.11)

Sebuah transformasi pada bentuk (3.10), (3.11) disebut transformasi linear dari Sebuah transformasi pada bentuk (3.10), (3.11) disebut transformasi linear dari koordinat di R

koordinat di Rnndan dan apabila apabila diberikan diberikan sebuah sebuah matriks matriks A.A. Pertanyaan : mana transformasi linear

Pertanyaan : mana transformasi linear dari koordinat yang dapat mempertahankandari koordinat yang dapat mempertahankan keharmonikan

keharmonikan dari dari sebuah sebuah fungsi?fungsi?

Jawaban atas pertanyaan ini diberikan dalam

Jawaban atas pertanyaan ini diberikan dalam teorema berikut.teorema berikut.

Teorema 3.1 Teorema 3.1

Sebuah transformasi linear dari koordinat

Sebuah transformasi linear dari koordinat mempertahankan keharmonikan darimempertahankan keharmonikan dari setiap fungsi harmonik jika dan hanya jika diberikan oleh matriks A dari bentuk setiap fungsi harmonik jika dan hanya jika diberikan oleh matriks A dari bentuk

A=λB

A=λB (3.12)(3.12)

B adalah sebuah matriks orthogonal dan λ positif konstan. B dikatakan orthogonal B adalah sebuah matriks orthogonal dan λ positif konstan. B dikatakan orthogonal  jika

 jika

 

         

(3.12) dapat ditulis dengan

(3.12) dapat ditulis dengan

    

Dimana I adalah

Dimana I adalah matriks kesmatriks kesatuan dan atuan dan λI mendeλI mendefinisikanfinisikan transformasi kesamaantransformasi kesamaan.. Teorema 3.1 menegaskan bahwa transformasi linear yang

Teorema 3.1 menegaskan bahwa transformasi linear yang mempertahankanmempertahankan

keharmonikan

keharmonikan adalah kadalah komposisi omposisi daridari transformasi kesamaantransformasi kesamaan, rotasi dan refleksi., rotasi dan refleksi. Sekarang beralih ke diskusi

Sekarang beralih ke diskusi lain, transformasi penting lain, transformasi penting dan berguna dan berguna untuk Runtuk R22dikenaldikenal sebagai

42 42 Misalkan S (0,a) menunjukkan batas lingkaran di R

Misalkan S (0,a) menunjukkan batas lingkaran di R22dengan pusat (0,0) dan jari-jari a.dengan pusat (0,0) dan jari-jari a. Dalam koordinat polar, titik (r,θ) dan (r,θ)

Dalam koordinat polar, titik (r,θ) dan (r,θ) dikatakandikatakan inversi sehubungan denganinversi sehubungan dengan S(0,a) jika

S(0,a) jika

      

(3.13)(3.13)