Part 1
u = ln x 2 + y 2 u=\ln \sqrt{x²+y²} u = ln x 2 + y 2
u = 1 2 ln ( x 2 + y 2 ) ⟹ e 2 u = x 2 + y 2 u=\frac{1}{2} \ln (x²+y²) \implies e^{2u}= x^2+y^2 u = 2 1 ln ( x 2 + y 2 ) ⟹ e 2 u = x 2 + y 2
Differentiating partially with respect to x and y
2 e 2 u . ∂ u ∂ x = 2 x ⟹ U x = x e − 2 u 2e^{2u}.\frac{∂u}{∂x}=2x \implies U_x= xe^{-2u} 2 e 2 u . ∂ x ∂ u = 2 x ⟹ U x = x e − 2 u
∴ U x x = e − 2 u − 2 x e − 2 u . U x = e − 2 u [ 1 − 2 x U x ] = e − 2 u [ 1 − 2 x 2 e − 2 u ] \therefore U_{xx}=e^{-2u}-2xe^{-2u}. U_x= e^{-2u}[1-2xU_x]= e^{-2u}[1-2x^2e^{-2u}] ∴ U xx = e − 2 u − 2 x e − 2 u . U x = e − 2 u [ 1 − 2 x U x ] = e − 2 u [ 1 − 2 x 2 e − 2 u ]
Similary
2 e 2 u . U y = 2 y ⟹ U y = y e − 2 u 2e^{2u}. U_y=2y \implies U_y=ye^{-2u} 2 e 2 u . U y = 2 y ⟹ U y = y e − 2 u
∴ U y y = e − 2 u − 2 y e − 2 u . U y = e − 2 u [ 1 − 2 y U y ] = e − 2 u [ 1 − 2 y 2 e − 2 u ] \therefore U_{yy}=e^{-2u}-2ye^{-2u}. U_y= e^{-2u}[1-2yU_y]= e^{-2u}[1-2y^2e^{-2u}] ∴ U yy = e − 2 u − 2 y e − 2 u . U y = e − 2 u [ 1 − 2 y U y ] = e − 2 u [ 1 − 2 y 2 e − 2 u ]
U x x + U y y = e − 2 u [ 2 − 2 e − 2 u ( x 2 + y 2 ) ] U_{xx}+U_{yy}=e^{-2u}[2-2e^{-2u}(x^2+y^2)] U xx + U yy = e − 2 u [ 2 − 2 e − 2 u ( x 2 + y 2 )]
U x x + U y y = e − 2 u [ 2 − 2 e − 2 u ∗ e 2 u ] U_{xx}+U_{yy}=e^{-2u}[2-2e^{-2u}*e^{2u}] U xx + U yy = e − 2 u [ 2 − 2 e − 2 u ∗ e 2 u ]
U x x + U y y = e − 2 u [ 2 − 2 ] U_{xx}+U_{yy}=e^{-2u}[2-2] U xx + U yy = e − 2 u [ 2 − 2 ]
U x x + U y y = 0 U_{xx}+U_{yy}=0 U xx + U yy = 0
Thus u = ln x 2 + y 2 u=\ln \sqrt{x²+y²} u = ln x 2 + y 2 is the laphace's equation.
Part 2
u = x 2 − y 2 u=x²-y² u = x 2 − y 2
U x = 2 x ; U x x = 2 U_x=2x; U_{xx}= 2 U x = 2 x ; U xx = 2
U y = − 2 y ; U y y = − 2 U_y=-2y; U_{yy}= -2 U y = − 2 y ; U yy = − 2
U x x + U y y = 2 + ( − 2 ) U_{xx}+U_{yy}=2+(-2) U xx + U yy = 2 + ( − 2 )
U x x + U y y = 0 U_{xx}+U_{yy}=0 U xx + U yy = 0
Thus u = x 2 − y 2 u={x²-y²} u = x 2 − y 2 is the laphace's equation.
Comments