• Keine Ergebnisse gefunden

@ Technische Universit¨ at Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Aktie "@ Technische Universit¨ at Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig "

Copied!
2
0
0

Wird geladen.... (Jetzt Volltext ansehen)

Volltext

(1)

@ Technische Universit¨ at Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig

Institut f¨ ur Theoretische Physik

Dr. Andreas Honecker

Physikalische Rechenmethoden II

2. Erfolgskontrolle

1. Berechnen Sie (a)

Z

−∞

dx δ(x−π) (cos(x) + 2),

1 Punkt (b)

Z

−∞

dx δ x2−π2

(cos(x) + 2) !

2 Punkte P: 3 Punkte 2. Wir betrachten die Laplace-Gleichung in zwei Dimensionen

∆Ψ(x, y) = 0.

(a) Welche gew¨ohnlichen Differentialgleichungen erhalten Sie f¨ur die FunktionenX(x) und Y(y) in dem Separationsansatz

Ψ(x, y) =X(x)Y(y)

aus der Laplace-Gleichung ? Wie lauten die allgemeinen L¨osungen dieser ge- w¨ohnlichen Differentialgleichungen ? Beachten Sie die beiden m¨oglichen F¨alle des Vorzeichens der hierbei auftretenden Konstanten !

4 Punkte (b) Auf dem Rechteck

−1≤x≤1, 0≤y≤π sind nun die Randbedingungen

Ψ (x=±1, y) = cosh(1) sin(y), Ψ (x, y = 0) = 0 = Ψ (x, y =π) vorgegeben (vgl. nachfolgende Skizze). Bestimmen Sie die zugeh¨orige L¨osung Ψ(x, y) der Laplace-Gleichung !

=cosh1 sin =cosh1 sin

x y

0 π

0

−1 1

Ψ=0

Ψ Ψ=0 Ψy

y

3 Punkte P: 7 Punkte 1

(2)

3. Gegeben sei folgendes kugelsymmetrisches Potential in drei Dimensionen Ψ(~r) = Q

0r . Geben Sie die zugeh¨orige Ladungsdichte ρ(~r) an !

Hinweis: ρ(~r) =−0∆Ψ. 2 Punkte

4. Setzen Sie

Ψ±(x, t) = e±i(ωt−kx) in die eindimensionale Wellengleichung

2Ψ

∂t2 (x, t) =c22Ψ

∂x2(x, t)

ein und diskutieren Sie, unter welchen Bedingungen an den Wellenvektor k und die

Frequenzω Sie eine L¨osung erhalten ! 3 Punkte

5. Zeigen Sie:

f(x) = 1 2 − 1

π

X

l=0

2

2l+ 1 sin((2l+ 1)x) ist die Fourier-Reihe auf dem Intervall [−π, π] zu der Funktion

f(x) =

0 f¨ur 0< x≤π,

1 f¨ur −π ≤x <0 !

7 Punkte 6. Wir betrachten die eindimensionale Diffusionsgleichung

∂n(x, t)

∂t =D∂2n(x, t)

∂x2 . Die L¨osung kann als Fourier-Integral angesetzt werden

n(x, t) = 1

√2π Z

−∞

dkn(k, t) e˜ ikx.

(a) Welche gew¨ohnlichen Differentialgleichungen erf¨ullen die Koeffizienten ˜n(k, t) ? Geben Sie die L¨osungen f¨ur ˜n(k, t) an ! Welche Integrationskonstanten treten in den L¨osungen auf ?

4 Punkte (b) Geben Sie die L¨osung n(x, t) der eindimensionalen Diffusionsgleichung zu den

Anfangsbedingungen

n(x,0) =N δ(x)

als Fourier-Integral an ! F¨uhren Sie die k-Integration aus und stellen Sie das Endergebnis als Funktion von x dar !

Hinweis: (α >0)

Z

−∞

dke−αk2eikx = rπ

α e−x2/(4α).

4 Punkte P: 8 Punkte

2

Referenzen

ÄHNLICHE DOKUMENTE

@ Technische Universit¨ at Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig.. Institut f¨ ur

W¨ ahlen Sie die z- Achse eines kartesischen Koordinatensystems in Richtung ~ ω und geben Sie das Feld in kartesischen Koordinaten an!. Skizzieren Sie das Feld in der Ebene z

@ Technische Universit¨ at Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig.. Institut f¨ ur

Wir betrachten zwei Dimensionen und einen Kreis mit Radius R um den Ursprung, der homogen mit einer Gesamtladung q

@ Technische Universit¨ at Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig.. Institut f¨ ur

@ Technische Universit¨ at Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig. Institut f¨ ur

Dr¨ ucken Sie folgende Ladungsdichte ρ(x) in einer Dimension mit Hilfe der δ-Distribu- tion aus: Punkt-Ladungen mit Ladung q