勒让德方程的本征问题,自然边界条件
在左右边界处, 有
Bessel 方程本征值问题,自然边界与第三类边界
在边界处 ,有
在边界 处, 有
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讨论三种常见边界条件的使用场景

齐次 第一二三类边界条件
适用于闭区间 上全程
其中 ,,
既然用到 在边界上的值,就暗示了 及其导数 在 上 连续且有界,即已经满足自然边界条件
周期性边界条件
适用于正定周期系数 , 以及周期 , 的方程
既然用到 在边界上的值,就暗示了 及其导数 在 上 连续且有界,即已经满足自然边界条件
自然边界条件
准确地说应该是
更准确来说是
核心动机:Sturm-Liouville 本征问题想找到一个本征函数 (保留一个自由常数)
核心原因: 是否为零决定了 处是常点还是正则奇点
性质 2:本征值无穷多且分立 (可数无穷多),,
证明很困难
性质 3:本征值非简并,即每个 只有一个解
性质 4:设 对应的解为 ,则 比 多一个零点
不作证明

性质 5:不同本征值的本征函数带权正交,即
表示 的复共轭
万一出现简并,可以对相同本征值的本征函数进行 Schmidt 正交化
本征函数族在 上完备
证明很困难
证明本征值非负
证明本征值非负
证明本征值非负
其中 , ,那只能 。
证明每个本征值都没有简并
证明每个本征值都没有简并
证明每个本征值都没有简并
证明每个本征值都没有简并
证明每个本征值都没有简并
即
证明本征函数带权正交
作为以 为未知数的方程组,要保证
从而 侧不贡献。
量子力学:状态由复值波函数 描述,一维量子力学不含时薛定谔方程
, ,势能是非负实函数
刻画粒子在 处被探测到的概率幅,概率密度为 ,总概率

方势阱
求解区间 ,第一类边界条件
只在 之间非零,由于势墙无穷高,粒子被束缚在阱内,称为
任意束缚态能量本征值
能级越高的波函数的零点越多, 恰好有 个零点


本征函数族在 上完备,即任意波函数 都可以用本征函数 展开
全体波函数构成一个