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Fórmulas para científicos, Apuntes de Física Matemática

Fórmulas para científicos, propiedades del álgebra vectorial y tensorial.

Tipo: Apuntes

2020/2021

Subido el 12/11/2021

alvaro.jo
alvaro.jo 🇵🇪

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bg1
Funciones especiales
e(t22xt)=
n=0
Hn
n!tn
H`(x) =
[`/2]
s=0
(1)s`!
(`2s)!s!(2x)`2s
H`+1(x) = 2x H`(x)2`H`1(x)
H0
`(x) = 2`H`1(x)
Z+
[H`(x)]2ex2dx=π2`(`)!
L`+1(x)+(x2`1)L`(x) + `2L`1(x) = 0
Ln(x) = ex
n!
dn
dxn[xnex]
Z
0
exLm(x)Ln(x)dx=δm,n
exz
1z
(1z)k+1=
m=0
Lk
m(x)zm,|z|<1
Lk
n(x) = (1)kdk
dxk[Ln+k(x)]
x[Lk
m(x)]0=m Lk
m(x)(m+k)Lk
m1(x)
x[Lk
m(x)]00 + (k+1x)[Lk
m(x)]0+m Lk
m(x) = 0
Transformada de Laplace
F(s) = R+
0f(t)estdt
L[f(k)(t)] = sL[f(k1)(t)]f(k1)(0)
L[tnf(t)] = (1)nF(n)(s)
L[f(t)] = 1
1esT RT
0est f(t)dt
L1[F(s)] = 1
2πiZa+i
ai
F(s)estds=
n
i=1
Ress=si{sstF(s)}
L[a] = a
s,L[tn] = n
sL[tn1],L[tn] = n!
sn+1
................................"................................ ................................"................................
Series de Fourier
f(t) = A0
2++
n=1Ancos(2πn
Tt) + BnSen(2πn
Tt)
An=2
TRT/2
T/2f(t)cos2πn
Ttdt Bn=2
TRT/2
T/2f(t)sen2πn
Ttdt
f(t) = +
n=
Cnei2π
Tnt,Cn=1
TRT/2
T/2f(t)ei2π
Tntdt
Tansformada de Fourier
F(w) = R+
f(t)eiwtdt,f(t) = 1
2πR+
F(w)eiwtdt
F[f(k)] = (iw)kF[f]F[f(tt0)] = F(w)eiwt0
F[f(t)eiwt] = F[ww0]F[f(at)] = 1
|a|F(w
a)
F(k) = 1
2πZ+
f(x)eikxdx,f(x) = 1
2πZ+
F(k)eikxdk
I[k] = Z+
r[x]eik µ[x]dx,k
µ[x] = µ[x0]+(xx0)µ0(x0) + (xx0)2
2! µ00[x0] + ···
F{δ(x)}=1
2π
Rf(x0)δ(x0x)dx0=f(x),Rδ(x)dx=1
δ(bx) = 1
|b|δ(x),R
dmδ(x)
dxmf(x)dx= (1)mdmf(0)
dxm
δ(x2b2) = 1
2|b|δ(x+b) + δ(xb)(b>0)
Funciones de Green
[zL(~r)]G(~r,~r0;z) = δ(~r~r0)
G(~r,~r0;z) =<~r|G(z)|~r0>G(z) = n|φn><φn|
zλn
G(~r,~r0;z) = G(~r0,~r;z),G(~r,~r0;λ) = [G+(~r0,~r;λ)]
¯
G(λ)G+(λ)G(λ)l´
ımy1
x±y=P1
xiπ δ(x)
Referencias
[1] Métodos Matemáticos de la Física I y II. R. Toribio
Saavedra. FCNM-UNAC. Callao. 2010.
.......................................................................................................................................
FÓRMULAS PARA CIENTÍFICOS
E INGENIEROS
Dr. Richard Toribio Saavedra
13 de junio de 2012
Algebra vectorial y tensorial
~
A×(~
B×~
C) = ~
B(~
A·~
C)~
C(~
A·~
B)
·(ψ~
A) = ψ·~
A+ψ·~
A
×(ψ~
A) = ψ×~
A+ψ×~
A
×(~
A×~
B) = (~
B·)~
A(~
A·)~
B~
B(·~
A) +~
A(·~
B)
~
A×(×~
A) = 1
2(A2)(~
A·)~
A
×~
B=α~
B(campo Beltrami)
3
k=1
a`kxk=x0
`
3
`=1
aj`ak`=δjk
ai j =xj
x0
i=cos(x0
i,xj)
{ψ}α=αψ·~
F=3
α=1
αFα
{×~
F}γ=3
α,β=1
εγαβ αFβ
xα=α
RS~
A·d~
σ=RV·dτRΓ~
A·d
~
λ=RS(×~
A)·d~
σ
RV(u·vv·u)dτ=RS(uvvu)·dσ
ds2=
i,j
h2
i j dqidqjh2
i j =
k
xk
qi
xk
qj
ˆai=1
hi
~r
qi
,d~
F= (d~r.)~
F+~
F
tdt
εipq εj pq =2δij εi jk εpqk =δipδj q δiqδjp
T0
i j =3
k,`=1
aik aj`Tk`T0i
j=3
k,`=1
aik aj`Tk
`
pf2

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Funciones especiales

e

− ( t

2 − 2 xt ) =

n= 0

H

n

n!

t

n

H

` (x) =

[`/ 2 ]

s= 0

s

`!

(` − 2 s)! s!

( 2 x)

`− 2 s

H

+ 1 (x) = 2 x H (x) − 2 H− 1 (x)

H

`

(x) = 2 H− 1

(x)

∫ +∞

−∞

[H

` (x)]

2

e

−x

2

dx =

π 2

`

(`)!

L

+ 1 (x) + (x − 2 − 1 )L (x) +

2

L `− 1 (x) = 0

L

n (x) =

e

x

n!

d

n

dx

n

[x

n

e

−x

]

∫ ∞

0

e

−x

L m (x)L n (x)dx = δ m,n

e

xz

1 −z

( 1 − z)

k+ 1

m= 0

L

k

m

(x)z

m

, |z| < 1

L

k

n

(x) = (− 1 )

k

d

k

dx

k

[L

n+k

(x)]

x[L

k

m

(x)]

= m L

k

m

(x) − (m + k)L

k

m− 1

(x)

x[L

k

m

(x)]

′′

  • (k + 1 − x)[L

k

m

(x)]

  • m L

k

m

(x) = 0

Transformada de Laplace

F(s) =

∫ +∞

0

f (t) e

−st

dt

L [ f

(k)

(t)] = s L [ f

(k− 1 )

(t)] − f

(k− 1 )

( 0 )

L [t

n f (t)] = (− 1 )

n F

(n) (s)

L [ f (t)] =

1

1 −e

−sT

∫ T

0

e

−st

f (t) dt

L

− 1

[F(s)] =

2 π i

∫ a+i∞

a−i∞

F(s)e

st

ds =

n

i= 1

Res s=s i

{s

st

F(s)}

L [a] =

a

s

, L [t

n

] =

n

s

L [t

n− 1

], L [t

n

] =

n!

s

n+ 1

Series de Fourier

f (t) =

A 0

2

+∞

n= 1

A

n cos(

2 πn

T

t) + B n Sen(

2 πn

T

t)

A

n

2

T

∫ T / 2

−T / 2

f (t)cos

2 πn

T

t dt B n

2

T

∫ T / 2

−T / 2

f (t)sen

2 πn

T

t dt

f (t) =

+∞

n=−∞

C

n

e

i

2 π

T

nt

, C n

1

T

∫ T / 2

−T / 2

f (t) e

−i

2 π

T

nt

dt

Tansformada de Fourier

F(w) =

∫ +∞

−∞

f (t)e

−iwt dt, f (t) =

1

2 π

∫ +∞

−∞

F(w)e

iwt dt

F [ f

(k) ] = (iw)

k F [ f ] F [ f (t − t 0

)] = F(w)e

−iwt 0

F [ f (t)e

iwt ] = F[w − w 0

] F [ f (at)] =

1

|a|

F(

w

a

F(k) =

2 π

∫ +∞

−∞

f (x)e

ikx

dx, f (x) =

2 π

∫ +∞

−∞

F(k)e

−ikx

dk

I[k] =

∫ +∞

−∞

r[x] e

ik μ[x]

dx, k → ∞

μ[x] = μ[x 0 ] + (x − x 0 )μ

(x 0

(x−x 0 )

2

2!

μ

′′

[x 0

] + · · ·

F {δ (x)} =

1 √

2 π

f (x

) δ (x

− x) dx

= f (x),

δ (x) dx = 1

δ (bx) =

1

|b|

δ (x),

∫ ∞

−∞

d

m δ (x)

dx

m f (x)dx = (− 1 )

m d

m f( 0 )

dx

m

δ (x

2

− b

2

) =

1

2 |b|

[

δ (x + b) + δ (x − b)

]

(b > 0 )

Funciones de Green

[z − L(~r)]G(~r,~r

; z) = δ (~r −~r

G(~r,~r

′ ; z) =<~r | G(z) |~r

′ > G(z) = ∑ n

|φ n ><φ n |

z−λ n

G

∗ (~r,~r

′ ; z) = G(~r

′ ,~r; z

∗ ), G

− (~r,~r

′ ; λ ) = [G

(~r

′ ,~r; λ )]

G(λ ) ≡ G

(λ ) − G

(λ ) l´ım y→∞

1

x±y

= P

1

x

∓ iπ δ (x)

Referencias

[1] Métodos Matemáticos de la Física I y II. R. Toribio

Saavedra. FCNM-UNAC. Callao. 2010.

FÓRMULAS PARA CIENTÍFICOS

E INGENIEROS

Dr. Richard Toribio Saavedra

13 de junio de 2012

Algebra vectorial y tensorial

A × (

B ×

C) =

B(

A ·

C) −

C(

A ·

B)

∇ · (ψ

A) = ∇ψ ·

A + ψ∇ ·

A

∇ × (ψ

A) = ∇ψ ×

A + ψ∇ ×

A

∇ × (

A ×

B) = (

B · ∇)

A − (

A · ∇)

B −

B(∇ ·

A) +

A(∇ ·

B)

A × (∇ ×

A) =

1

2

∇(A

2

) − (

A · ∇)

A

∇ ×

B = α

B (campo Beltrami)

3

k= 1

a `k

x k

= x

`

3

`= 1

a j`

a k`

= δ jk

a i j

∂ x j

∂ x

i

= cos(x

i

, x j

{∇ψ} α

α

ψ ∇ ·

F =

3

α= 1

α

F

α

{∇ ×

F}

γ

3

α,β = 1

ε γαβ

α

F

β

∂ x α

α

S

A · d

σ =

V

∇ · dτ

Γ

A · d

λ =

S

(∇ ×

A) · d

σ

V

(u∇ · ∇v − v∇ · ∇u)dτ =

S

(u∇v − v∇u) · dσ

ds

2

= ∑

i, j

h

2

i j

dq i dq j h

2

i j

k

∂ x k

∂ q i

∂ x k

∂ q j

a ˆ i

h i

∂~r

∂ q i

, d

F = (d~r.∇)

F +

F

∂t

dt

ε ipq ε jpq = 2 δ i j ε i jk ε pqk = δ ip δ jq − δ iq δ jp

T

i j

3

k,`= 1

a ik

a j`

T

k`

T

′ i

j

3

k,`= 1

a ik

a j`

T

k

`

TS

Funciones de variable compleja

) =z( cos

e i z

e+ i z−

2 ) =z( sen ,

e i z

e− i z−

i 2 ,

) =z( cosh

e z

e+ z−

2 ) =z( senh ,

e z

e− z−

2 ,

cosh

2

senh − z 2

1 = z

u ∂

x ∂

v ∂

y ∂

u ∂

y ∂

v ∂

x ∂

) Riemann − Cauchy(

f

)k(

z(

0 ) =

!k

i π 2

Γ

)z( f

z − z( 0 ) 1 +k

) =z( f

∞ +

0 = n

f

n

z( 0 )

! n

z − z( 0 )

n

`

n

!)n − M (

d n−M

z d n−M

[

z − z (

0 )

M

)z( f

]

z= z 0

Γ

iπ 2 = zd)z( f

n

1 = k

z ,)z( f { Res k }

)z(Γ z ) = 1 + z( Γ

entero y positivo. x !x ) = 1 + x( Γ

ıml´ ) =z( Γ

∞→ n

n... 3 , 2 , 1

)n + z(...) 2 + z)( 1 + z(z

n

z

) z( Γ

z e =

1 = n

z

n

e )

n/z−

es la constante de Euler-Mascheroni. γ

) =x − 1 (Γ )x( Γ

π

)xπ( sen

· · · , 2 ± , 1 ± , 0 6 = x

  • x(Γ )x( Γ

π

1 −x 2

)x 2 (Γ

ım l´

∞→ n

! n

n n

e n−

nπ 2

2 ) = 1 + n , 1 + m( B

2 /π

0

cos

1 +m 2

sen θ

1 +n 2

θd θ

) = 1 + n , 1 + m( B

1

0

t

m

)t − 1 (

n

dt

π

0

cos

` 2

π = θd θ

!)` 2 (

` 2

)!`(

2

π =

!!) 1 − ` 2 (

!!)` 2 (

· · · , 2 , 1 , 0 = ` donde

Ecuaciones diferenciales

2

g + Ψ 0

∂ 2

Ψ

t ∂ 2 g + 1

Ψ ∂

t ∂ g + 2 0 = Ψ

g con diferentes funciones

0 g ,

1 g y

2 .

: Ecuación de Sturm-Liouville

d

dx

)x(p[

d

dx

u

n u)x(q )] +x(

n λ ) +x(

n u)x(w

n 0 ) =x(

) =g , f (

∞+

∞ − f ∗

td w g

′′

(Airy) 0 = Ψ λ ξ −

′′

Ψ ξ 2 −

(Hermite) 0 = Ψ λ +

Ψ ξ

′′

Ψ) ξ − 1 + (

(Laguerre) 0 = Ψ λ +

ξ 2

′′

Ψ αξ +

(Euler) 0 = Ψ β +

ξ

2

′′

Ψ ξ +

ξ + (

2

γ −

2

(Bessel) 0 = Ψ)

ξ − 1 (

2

′′

Ψ ξ 2 −

(Legendre) 0 = Ψ λ +

Funciones de Bessel

exp ) =t,x( g

x

2 − t[

1

t ]

∞+

∞−= `

J

` t )x(

`

J

n ) =x(

0 = `

) 1 − ( `

!!)+n (

(

x

2 )

` 2 +n

J

n− ) 1 − ) = (x( n

J

n )x(

J

ν J ) +x(

2 +ν ) =x(

) 1 +ν( 2

x

J

1 +ν )x(

J

1 −ν J − )x( 1 +ν J 2 ) =x(

ν )x(

J

1 −ν J ) +x(

1 +ν ) =x(

ν 2

x

J

ν )x(

J

ν J )x(

ν − J − )x(

ν J )x( ν− − ) =x(

) νπ( Sen 2

x π

d

dx

x[

`−

J

` x− )] =x(

`−

J

1 +` )x(

a

0

J [

ν α( mν

ρ

a

)]

2

= ρdρ

a

2

J[

1 +ν α( mν )]

2

. 1 − > ν ,

N

ν ) =x(

J ) νπ( cos ν J−)x( ν− )x(

) νπ( sen

N

n=ν ' )x( 1

π

[

J ∂ ν )x(

∂ ν

) 1 −( − ν ∂ J ν− )x(

∂ ν

]

n=ν

N

− ) 1 − ) = (x(

N

` )x(

N

n ' ) 0 → x(

2

π

J )x(ln

n )x(

J

ν )x(

d

dx

N(

ν − ))x(

d

dx

J(

ν N))x(

ν ) =x(

x π

j

n ) =x(

π

x 2

J

+n 1

2

n )x (

n ) =x(

π

x 2

N

+n 1

2

)x (

j

0 ) =z(

senz

z

Funciones de Legendre

t + x t 2 − 1 ) = (t,x( g 2

2 / 1 −

0 = `

P

t )x(

P

` ) =x(

] 2 `/ [

0 = s

s !)s 2 − ` 2 (

`

!s !)s 2 − ( !)s −(

x

s 2 −`

x P) 1 + ` 2 (

P) 1 + ) = (x(

1 +P ) +x(

1 −` )x(

P

` P ) =x(

1 + ` x P 2 − )x(

` P ) +x(

1 − ` )x(

x − 1 ( 2

P )

P ) =x(

1 −x P − )x(

` )x(

P

) 1 − ) = (x−(

P

` )x(

P

n ) =x(

n

!n

d

n

dx n

x(

2

n

P

n ) =z(

n

iπ 2

t(

2

n

)z − t ( 1 +n

td

P

m

` ) 1 − ) = (x(

m

x − 1 (

2

2 /m d m

dx m

P

` ) 0 ≥ m( )x(

d

n

dx n

) =x(g )x( f

n

0 = k

! n

!)k − n(! k

d

k

)x( f

dx k

d

k−n

)x(g

dx k−n

d

d

x − 1 [( 2

dP m

` )x(

dx

− ) 1 + ( ] + [

m 2

x− 1 2 P ] m

` 0 ) =x(

1 +

1 −

P

m

` P )x(

m

`

′ = xd)x(

1 + ` 2

!)m + ` (

!)m − ` (

δ

``

Y

m` ) =ϕ , θ(

1 + ` 2

π 4

!)m − ` (

!)m + ` (

P

m

` e ) θ cos(

ϕim