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Laplacegleichung in Kugelkoordinaten

Der Laplaceoperator ist in verschiedenen Koordinatensystemen dargestellt worden. In Kugelkoordinaten () gilt:

Die Laplacegleichung lautet daher:

Separationsansatz:

Also:

Somit:

Nochmalige Separation:

Also

Somit

Da man fordern muß (die Lösung soll eindeutig sein), folgt , d.h. , ,

Setzt man nun (das ist immer möglich), so folgt

d.h.

Für ist dies genau die Legendresche Differentialgleichung. Die Differentialgleichung für heißt zugeordnete Legendresche Differentialgleichung, ihre Lösungen sind die zugeordneten Legendrepolynome. Diese sind aus den gewöhnlichen Legendrepolynomen berechenbar gemäß  

Somit:

Normierung:

Man setzt:

sind die Kugelflächenfunktionen.   

Radialgleichung:

Ansatz: ; dies liefert , d.h. oder .
Damit gilt:

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