The Chemistry Maths Book, Second Edition

(Grace) #1

386 Chapter 13Second-order differential equations. Some special functions


The solutions of the indicial equation (13.8) are r 1 = 1 ±n, and the two particular


solutions for these values of rare


(13.48)


(13.49)


Important values of the parameter nare the integer and half-integer values.


Bessel functions J


n

(x)for integer n


When nis a positive integer or zero, the particular solution (13.48) is


(13.50)


in which the constant a


0

has been given its conventional value of a


0

1 = 112 (2


n

1 n!).


This is the Bessel function of the first kind of order n. The function is finite and


converges for all values of x; it converges very fast because of the pair of factorials


in the denominator. The functions forn 1 = 10 andn 1 = 11 are


(13.51)


(13.52)


and their graphs are shown in Figure 13.2.


Jx


xx x


1

35

2


1


12 2


1


23 2


1


34


()=−


!!












!!









!!!












7

2


x





Jx


xx


0
2

2

2

4

1


1


1


2


1


2


2


1


3


()


() ( ) (


=−


!







 +


!







 −


!!







 +


)


2

6

2


x





Jx


x


mn m


x


n

n

m

m

m

()


()


()


=









!+!








=


2


1


2


0

2


yx ax


x


n


x


nn


n

20

24

1


22 2 2 42 2 2 4


()


() ()()


=+







−−








·














yx ax


x


n


x


nn


n

10

24

1


22 2 2 42 2 2 4


()


()()()


=−










++





·













10


0


x


1


J
0

J
1

.............

..............

.........

........

........

.......

......

.......

......

......

.......

......

......

......

......

......

......

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Figure 13.2

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