Список сферических функций

Перейти к навигации Перейти к поиску

Эта статья — список ортонормированных сферических функций, которые используют фазу Кондона-Шортли вплоть до степени l=10. Некоторые из этих формул приведены в декартовых координатах. Связь между x, y, z, и r, $\theta$ , $\varphi$ определяется следующим образом:

{\begin{aligned}x&=r\sin \theta \cos \varphi \\y&=r\sin \theta \sin \varphi \\z&=r\cos \theta \end{aligned}}

Сферические функции с l = 0

Y_{0}^{0}(\theta ,\varphi )={1 \over 2}{\sqrt {1 \over \pi }}

Вещественные сферические функции с l = 0

s=Y_{0}^{0}={\frac {1}{2}}{\sqrt {\frac {1}{\pi }}}

Сферические функции с l = 1

{\begin{aligned}Y_{1}^{-1}(\theta ,\varphi )&={1 \over 2}{\sqrt {3 \over 2\pi }}\cdot e^{-i\varphi }\cdot \sin \theta \quad ={1 \over 2}{\sqrt {3 \over 2\pi }}\cdot {(x-iy) \over r}\\Y_{1}^{0}(\theta ,\varphi )&={1 \over 2}{\sqrt {3 \over \pi }}\cdot \cos \theta \quad \quad ={1 \over 2}{\sqrt {3 \over \pi }}\cdot {z \over r}\\Y_{1}^{1}(\theta ,\varphi )&={-1 \over 2}{\sqrt {3 \over 2\pi }}\cdot e^{i\varphi }\cdot \sin \theta \quad ={-1 \over 2}{\sqrt {3 \over 2\pi }}\cdot {(x+iy) \over r}\end{aligned}}

Вещественные сферические функции с l = 1

{\begin{aligned}p_{x}&={\sqrt {\frac {1}{2}}}\left(Y_{1}^{-1}-Y_{1}^{1}\right)={\sqrt {\frac {3}{4\pi }}}\cdot {\frac {x}{r}}\\p_{y}&=i{\sqrt {\frac {1}{2}}}\left(Y_{1}^{-1}+Y_{1}^{1}\right)={\sqrt {\frac {3}{4\pi }}}\cdot {\frac {y}{r}}\\p_{z}&=Y_{1}^{0}={\sqrt {\frac {3}{4\pi }}}\cdot {\frac {z}{r}}\end{aligned}}

Сферические функции с l = 2

m < 0

Y_{2}^{-2}(\theta ,\varphi )={1 \over 4}{\sqrt {15 \over 2\pi }}\cdot e^{-2i\varphi }\cdot \sin ^{2}\theta \quad ={1 \over 4}{\sqrt {15 \over 2\pi }}\cdot {(x-iy)^{2} \over r^{2}}

Y_{2}^{-1}(\theta ,\varphi )={1 \over 2}{\sqrt {15 \over 2\pi }}\cdot e^{-i\varphi }\cdot \sin \theta \cdot \cos \theta \quad ={1 \over 2}{\sqrt {15 \over 2\pi }}\cdot {(x-iy)z \over r^{2}}

m ⩾ 0

Y_{2}^{0}(\theta ,\varphi )={1 \over 4}{\sqrt {5 \over \pi }}\cdot (3\cos ^{2}\theta -1)\quad ={1 \over 4}{\sqrt {5 \over \pi }}\cdot {(2z^{2}-x^{2}-y^{2}) \over r^{2}}

Y_{2}^{1}(\theta ,\varphi )={-1 \over 2}{\sqrt {15 \over 2\pi }}\cdot e^{i\varphi }\cdot \sin \theta \cdot \cos \theta \quad ={-1 \over 2}{\sqrt {15 \over 2\pi }}\cdot {(x+iy)z \over r^{2}}

Y_{2}^{2}(\theta ,\varphi )={1 \over 4}{\sqrt {15 \over 2\pi }}\cdot e^{2i\varphi }\cdot \sin ^{2}\theta \quad ={1 \over 4}{\sqrt {15 \over 2\pi }}\cdot {(x+iy)^{2} \over r^{2}}

Вещественные сферические функции

d_{z^{2}}=Y_{2}^{0}={\frac {1}{4}}{\sqrt {\frac {5}{\pi }}}\cdot {\frac {-x^{2}-y^{2}+2z^{2}}{r^{2}}}

d_{yz}=i{\sqrt {\frac {1}{2}}}\left(Y_{2}^{-1}+Y_{2}^{1}\right)={\frac {1}{2}}{\sqrt {\frac {15}{\pi }}}\cdot {\frac {yz}{r^{2}}}

d_{xz}={\sqrt {\frac {1}{2}}}\left(Y_{2}^{-1}-Y_{2}^{1}\right)={\frac {1}{2}}{\sqrt {\frac {15}{\pi }}}\cdot {\frac {zx}{r^{2}}}

d_{xy}=i{\sqrt {\frac {1}{2}}}\left(Y_{2}^{-2}-Y_{2}^{2}\right)={\frac {1}{2}}{\sqrt {\frac {15}{\pi }}}\cdot {\frac {xy}{r^{2}}}

d_{x^{2}-y^{2}}={\sqrt {\frac {1}{2}}}\left(Y_{2}^{-2}+Y_{2}^{2}\right)={\frac {1}{4}}{\sqrt {\frac {15}{\pi }}}\cdot {\frac {x^{2}-y^{2}}{r^{2}}}

Сферические функции с l = 3

m < 0

Y_{3}^{-3}(\theta ,\varphi )={1 \over 8}{\sqrt {35 \over \pi }}\cdot e^{-3i\varphi }\cdot \sin ^{3}\theta \quad ={1 \over 8}{\sqrt {35 \over \pi }}\cdot {(x-iy)^{3} \over r^{3}}

Y_{3}^{-2}(\theta ,\varphi )={1 \over 4}{\sqrt {105 \over 2\pi }}\cdot e^{-2i\varphi }\cdot \sin ^{2}\theta \cdot \cos \theta \quad ={1 \over 4}{\sqrt {105 \over 2\pi }}\cdot {(x-iy)^{2}z \over r^{3}}

Y_{3}^{-1}(\theta ,\varphi )={1 \over 8}{\sqrt {21 \over \pi }}\cdot e^{-i\varphi }\cdot \sin \theta \cdot (5\cos ^{2}\theta -1)\quad ={1 \over 8}{\sqrt {21 \over \pi }}\cdot {(x-iy)(4z^{2}-x^{2}-y^{2}) \over r^{3}}

m ⩾ 0

Y_{3}^{0}(\theta ,\varphi )={1 \over 4}{\sqrt {7 \over \pi }}\cdot (5\cos ^{3}\theta -3\cos \theta )\quad ={1 \over 4}{\sqrt {7 \over \pi }}\cdot {z(2z^{2}-3x^{2}-3y^{2}) \over r^{3}}

Y_{3}^{1}(\theta ,\varphi )={-1 \over 8}{\sqrt {21 \over \pi }}\cdot e^{i\varphi }\cdot \sin \theta \cdot (5\cos ^{2}\theta -1)\quad ={-1 \over 8}{\sqrt {21 \over \pi }}\cdot {(x+iy)(4z^{2}-x^{2}-y^{2}) \over r^{3}}

Y_{3}^{2}(\theta ,\varphi )={1 \over 4}{\sqrt {105 \over 2\pi }}\cdot e^{2i\varphi }\cdot \sin ^{2}\theta \cdot \cos \theta \quad ={1 \over 4}{\sqrt {105 \over 2\pi }}\cdot {(x+iy)^{2}z \over r^{3}}

Y_{3}^{3}(\theta ,\varphi )={-1 \over 8}{\sqrt {35 \over \pi }}\cdot e^{3i\varphi }\cdot \sin ^{3}\theta \quad ={-1 \over 8}{\sqrt {35 \over \pi }}\cdot {(x+iy)^{3} \over r^{3}}

Вещественные сферические функции

f_{z^{3}}=Y_{3}^{0}={\frac {1}{4}}{\sqrt {\frac {7}{\pi }}}\cdot {\frac {z(2z^{2}-3x^{2}-3y^{2})}{r^{3}}}

f_{y\left(3x^{2}-y^{2}\right)}=i{\sqrt {\frac {1}{2}}}\left(Y_{3}^{-3}+Y_{3}^{3}\right)={\frac {1}{4}}{\sqrt {\frac {35}{2\pi }}}\cdot {\frac {\left(3x^{2}-y^{2}\right)y}{r^{3}}}

f_{x\left(x^{2}-3y^{2}\right)}={\sqrt {\frac {1}{2}}}\left(Y_{3}^{-3}-Y_{3}^{3}\right)={\frac {1}{4}}{\sqrt {\frac {35}{2\pi }}}\cdot {\frac {\left(x^{2}-3y^{2}\right)x}{r^{3}}}

f_{z\left(x^{2}-y^{2}\right)}={\sqrt {\frac {1}{2}}}\left(Y_{3}^{-2}+Y_{3}^{2}\right)={\frac {1}{4}}{\sqrt {\frac {105}{\pi }}}\cdot {\frac {\left(x^{2}-y^{2}\right)z}{r^{3}}}

f_{xyz}=i{\sqrt {\frac {1}{2}}}\left(Y_{3}^{-2}-Y_{3}^{2}\right)={\frac {1}{2}}{\sqrt {\frac {105}{\pi }}}\cdot {\frac {xyz}{r^{3}}}

f_{yz^{2}}=i{\sqrt {\frac {1}{2}}}\left(Y_{3}^{-1}+Y_{3}^{1}\right)={\frac {1}{4}}{\sqrt {\frac {21}{2\pi }}}\cdot {\frac {y(4z^{2}-x^{2}-y^{2})}{r^{3}}}

f_{xz^{2}}={\sqrt {\frac {1}{2}}}\left(Y_{3}^{-1}-Y_{3}^{1}\right)={\frac {1}{4}}{\sqrt {\frac {21}{2\pi }}}\cdot {\frac {x(4z^{2}-x^{2}-y^{2})}{r^{3}}}

Сферические функции с l = 4

m < 0

Y_{4}^{-4}(\theta ,\varphi )={3 \over 16}{\sqrt {35 \over 2\pi }}\cdot e^{-4i\varphi }\cdot \sin ^{4}\theta ={\frac {3}{16}}{\sqrt {\frac {35}{2\pi }}}\cdot {\frac {(x-iy)^{4}}{r^{4}}}

Y_{4}^{-3}(\theta ,\varphi )={3 \over 8}{\sqrt {35 \over \pi }}\cdot e^{-3i\varphi }\cdot \sin ^{3}\theta \cdot \cos \theta ={\frac {3}{8}}{\sqrt {\frac {35}{\pi }}}\cdot {\frac {(x-iy)^{3}z}{r^{4}}}

Y_{4}^{-2}(\theta ,\varphi )={3 \over 8}{\sqrt {5 \over 2\pi }}\cdot e^{-2i\varphi }\cdot \sin ^{2}\theta \cdot (7\cos ^{2}\theta -1)={\frac {3}{8}}{\sqrt {\frac {5}{2\pi }}}\cdot {\frac {(x-iy)^{2}\cdot (7z^{2}-r^{2})}{r^{4}}}

Y_{4}^{-1}(\theta ,\varphi )={3 \over 8}{\sqrt {5 \over \pi }}\cdot e^{-i\varphi }\cdot \sin \theta \cdot (7\cos ^{3}\theta -3\cos \theta )={\frac {3}{8}}{\sqrt {\frac {5}{\pi }}}\cdot {\frac {(x-iy)\cdot z\cdot (7z^{2}-3r^{2})}{r^{4}}}

m ⩾ 0

Y_{4}^{0}(\theta ,\varphi )={3 \over 16}{\sqrt {1 \over \pi }}\cdot (35\cos ^{4}\theta -30\cos ^{2}\theta +3)={\frac {3}{16}}{\sqrt {\frac {1}{\pi }}}\cdot {\frac {(35z^{4}-30z^{2}r^{2}+3r^{4})}{r^{4}}}

Y_{4}^{1}(\theta ,\varphi )={-3 \over 8}{\sqrt {5 \over \pi }}\cdot e^{i\varphi }\cdot \sin \theta \cdot (7\cos ^{3}\theta -3\cos \theta )={\frac {-3}{8}}{\sqrt {\frac {5}{\pi }}}\cdot {\frac {(x+iy)\cdot z\cdot (7z^{2}-3r^{2})}{r^{4}}}

Y_{4}^{2}(\theta ,\varphi )={3 \over 8}{\sqrt {5 \over 2\pi }}\cdot e^{2i\varphi }\cdot \sin ^{2}\theta \cdot (7\cos ^{2}\theta -1)={\frac {3}{8}}{\sqrt {\frac {5}{2\pi }}}\cdot {\frac {(x+iy)^{2}\cdot (7z^{2}-r^{2})}{r^{4}}}

Y_{4}^{3}(\theta ,\varphi )={-3 \over 8}{\sqrt {35 \over \pi }}\cdot e^{3i\varphi }\cdot \sin ^{3}\theta \cdot \cos \theta ={\frac {-3}{8}}{\sqrt {\frac {35}{\pi }}}\cdot {\frac {(x+iy)^{3}z}{r^{4}}}

Y_{4}^{4}(\theta ,\varphi )={3 \over 16}{\sqrt {35 \over 2\pi }}\cdot e^{4i\varphi }\cdot \sin ^{4}\theta ={\frac {3}{16}}{\sqrt {\frac {35}{2\pi }}}\cdot {\frac {(x+iy)^{4}}{r^{4}}}

Вещественные сферические функции

g_{z^{4}}=Y_{4}^{0}={\frac {3}{16}}{\sqrt {\frac {1}{\pi }}}\cdot {\frac {(35z^{4}-30z^{2}r^{2}+3r^{4})}{r^{4}}}

g_{z^{3}x}={\sqrt {\frac {1}{2}}}\left(Y_{4}^{-1}-Y_{4}^{1}\right)={\frac {3}{4}}{\sqrt {\frac {5}{2\pi }}}\cdot {\frac {xz\cdot (7z^{2}-3r^{2})}{r^{4}}}

g_{z^{3}y}=i{\sqrt {\frac {1}{2}}}\left(Y_{4}^{-1}+Y_{4}^{1}\right)={\frac {3}{4}}{\sqrt {\frac {5}{2\pi }}}\cdot {\frac {yz\cdot (7z^{2}-3r^{2})}{r^{4}}}

g_{z^{2}\left(x^{2}-y^{2}\right)}={\sqrt {\frac {1}{2}}}\left(Y_{4}^{-2}+Y_{4}^{2}\right)={\frac {3}{8}}{\sqrt {\frac {5}{\pi }}}\cdot {\frac {(x^{2}-y^{2})\cdot (7z^{2}-r^{2})}{r^{4}}}

g_{z^{2}{xy}}=i{\sqrt {\frac {1}{2}}}\left(Y_{4}^{-2}-Y_{4}^{2}\right)={\frac {3}{4}}{\sqrt {\frac {5}{\pi }}}\cdot {\frac {xy\cdot (7z^{2}-r^{2})}{r^{4}}}

g_{zx^{3}}={\sqrt {\frac {1}{2}}}\left(Y_{4}^{-3}-Y_{4}^{3}\right)={\frac {3}{4}}{\sqrt {\frac {35}{2\pi }}}\cdot {\frac {(x^{2}-3y^{2})xz}{r^{4}}}

g_{zy^{3}}=i{\sqrt {\frac {1}{2}}}\left(Y_{4}^{-3}+Y_{4}^{3}\right)={\frac {3}{4}}{\sqrt {\frac {35}{2\pi }}}\cdot {\frac {(3x^{2}-y^{2})yz}{r^{4}}}

g_{x^{4}+y^{4}}={\sqrt {\frac {1}{2}}}\left(Y_{4}^{-4}+Y_{4}^{4}\right)={\frac {3}{16}}{\sqrt {\frac {35}{\pi }}}\cdot {\frac {x^{2}\left(x^{2}-3y^{2}\right)-y^{2}\left(3x^{2}-y^{2}\right)}{r^{4}}}

g_{xy\left(x^{2}-y^{2}\right)}=i{\sqrt {\frac {1}{2}}}\left(Y_{4}^{-4}-Y_{4}^{4}\right)={\frac {3}{4}}{\sqrt {\frac {35}{\pi }}}\cdot {\frac {xy\left(x^{2}-y^{2}\right)}{r^{4}}}

Сферические функции с l = 5

m < 0

Y_{5}^{-5}(\theta ,\varphi )={3 \over 32}{\sqrt {77 \over \pi }}\cdot e^{-5i\varphi }\cdot \sin ^{5}\theta

Y_{5}^{-4}(\theta ,\varphi )={3 \over 16}{\sqrt {385 \over 2\pi }}\cdot e^{-4i\varphi }\cdot \sin ^{4}\theta \cdot \cos \theta

Y_{5}^{-3}(\theta ,\varphi )={1 \over 32}{\sqrt {385 \over \pi }}\cdot e^{-3i\varphi }\cdot \sin ^{3}\theta \cdot (9\cos ^{2}\theta -1)

Y_{5}^{-2}(\theta ,\varphi )={1 \over 8}{\sqrt {1155 \over 2\pi }}\cdot e^{-2i\varphi }\cdot \sin ^{2}\theta \cdot (3\cos ^{3}\theta -1\cos \theta )

Y_{5}^{-1}(\theta ,\varphi )={1 \over 16}{\sqrt {165 \over 2\pi }}\cdot e^{-i\varphi }\cdot \sin \theta \cdot (21\cos ^{4}\theta -14\cos ^{2}\theta +1)

m ⩾ 0

Y_{5}^{0}(\theta ,\varphi )={1 \over 16}{\sqrt {11 \over \pi }}\cdot (63\cos ^{5}\theta -70\cos ^{3}\theta +15\cos \theta )

Y_{5}^{1}(\theta ,\varphi )={-1 \over 16}{\sqrt {165 \over 2\pi }}\cdot e^{i\varphi }\cdot \sin \theta \cdot (21\cos ^{4}\theta -14\cos ^{2}\theta +1)

Y_{5}^{2}(\theta ,\varphi )={1 \over 8}{\sqrt {1155 \over 2\pi }}\cdot e^{2i\varphi }\cdot \sin ^{2}\theta \cdot (3\cos ^{3}\theta -1\cos \theta )

Y_{5}^{3}(\theta ,\varphi )={-1 \over 32}{\sqrt {385 \over \pi }}\cdot e^{3i\varphi }\cdot \sin ^{3}\theta \cdot (9\cos ^{2}\theta -1)

Y_{5}^{4}(\theta ,\varphi )={3 \over 16}{\sqrt {385 \over 2\pi }}\cdot e^{4i\varphi }\cdot \sin ^{4}\theta \cdot \cos \theta

Y_{5}^{5}(\theta ,\varphi )={-3 \over 32}{\sqrt {77 \over \pi }}\cdot e^{5i\varphi }\cdot \sin ^{5}\theta

Сферические функции с l = 6

m < 0

Y_{6}^{-6}(\theta ,\varphi )={1 \over 64}{\sqrt {3003 \over \pi }}\cdot e^{-6i\varphi }\cdot \sin ^{6}\theta

Y_{6}^{-5}(\theta ,\varphi )={3 \over 32}{\sqrt {1001 \over \pi }}\cdot e^{-5i\varphi }\cdot \sin ^{5}\theta \cdot \cos \theta

Y_{6}^{-4}(\theta ,\varphi )={3 \over 32}{\sqrt {91 \over 2\pi }}\cdot e^{-4i\varphi }\cdot \sin ^{4}\theta \cdot (11\cos ^{2}\theta -1)

Y_{6}^{-3}(\theta ,\varphi )={1 \over 32}{\sqrt {1365 \over \pi }}\cdot e^{-3i\varphi }\cdot \sin ^{3}\theta \cdot (11\cos ^{3}\theta -3\cos \theta )

Y_{6}^{-2}(\theta ,\varphi )={1 \over 64}{\sqrt {1365 \over \pi }}\cdot e^{-2i\varphi }\cdot \sin ^{2}\theta \cdot (33\cos ^{4}\theta -18\cos ^{2}\theta +1)

Y_{6}^{-1}(\theta ,\varphi )={1 \over 16}{\sqrt {273 \over 2\pi }}\cdot e^{-i\varphi }\cdot \sin \theta \cdot (33\cos ^{5}\theta -30\cos ^{3}\theta +5\cos \theta )

m ⩾ 0

Y_{6}^{0}(\theta ,\varphi )={1 \over 32}{\sqrt {13 \over \pi }}\cdot (231\cos ^{6}\theta -315\cos ^{4}\theta +105\cos ^{2}\theta -5)

Y_{6}^{1}(\theta ,\varphi )={-1 \over 16}{\sqrt {273 \over 2\pi }}\cdot e^{i\varphi }\cdot \sin \theta \cdot (33\cos ^{5}\theta -30\cos ^{3}\theta +5\cos \theta )

Y_{6}^{2}(\theta ,\varphi )={1 \over 64}{\sqrt {1365 \over \pi }}\cdot e^{2i\varphi }\cdot \sin ^{2}\theta \cdot (33\cos ^{4}\theta -18\cos ^{2}\theta +1)

Y_{6}^{3}(\theta ,\varphi )={-1 \over 32}{\sqrt {1365 \over \pi }}\cdot e^{3i\varphi }\cdot \sin ^{3}\theta \cdot (11\cos ^{3}\theta -3\cos \theta )

Y_{6}^{4}(\theta ,\varphi )={3 \over 32}{\sqrt {91 \over 2\pi }}\cdot e^{4i\varphi }\cdot \sin ^{4}\theta \cdot (11\cos ^{2}\theta -1)

Y_{6}^{5}(\theta ,\varphi )={-3 \over 32}{\sqrt {1001 \over \pi }}\cdot e^{5i\varphi }\cdot \sin ^{5}\theta \cdot \cos \theta

Y_{6}^{6}(\theta ,\varphi )={1 \over 64}{\sqrt {3003 \over \pi }}\cdot e^{6i\varphi }\cdot \sin ^{6}\theta

Сферические функции с l = 7

m < 0

Y_{7}^{-7}(\theta ,\varphi )={3 \over 64}{\sqrt {715 \over 2\pi }}\cdot e^{-7i\varphi }\cdot \sin ^{7}\theta

Y_{7}^{-6}(\theta ,\varphi )={3 \over 64}{\sqrt {5005 \over \pi }}\cdot e^{-6i\varphi }\cdot \sin ^{6}\theta \cdot \cos \theta

Y_{7}^{-5}(\theta ,\varphi )={3 \over 64}{\sqrt {385 \over 2\pi }}\cdot e^{-5i\varphi }\cdot \sin ^{5}\theta \cdot (13\cos ^{2}\theta -1)

Y_{7}^{-4}(\theta ,\varphi )={3 \over 32}{\sqrt {385 \over 2\pi }}\cdot e^{-4i\varphi }\cdot \sin ^{4}\theta \cdot (13\cos ^{3}\theta -3\cos \theta )

Y_{7}^{-3}(\theta ,\varphi )={3 \over 64}{\sqrt {35 \over 2\pi }}\cdot e^{-3i\varphi }\cdot \sin ^{3}\theta \cdot (143\cos ^{4}\theta -66\cos ^{2}\theta +3)

Y_{7}^{-2}(\theta ,\varphi )={3 \over 64}{\sqrt {35 \over \pi }}\cdot e^{-2i\varphi }\cdot \sin ^{2}\theta \cdot (143\cos ^{5}\theta -110\cos ^{3}\theta +15\cos \theta )

Y_{7}^{-1}(\theta ,\varphi )={1 \over 64}{\sqrt {105 \over 2\pi }}\cdot e^{-i\varphi }\cdot \sin \theta \cdot (429\cos ^{6}\theta -495\cos ^{4}\theta +135\cos ^{2}\theta -5)

m ⩾ 0

Y_{7}^{0}(\theta ,\varphi )={1 \over 32}{\sqrt {15 \over \pi }}\cdot (429\cos ^{7}\theta -693\cos ^{5}\theta +315\cos ^{3}\theta -35\cos \theta )

Y_{7}^{1}(\theta ,\varphi )={-1 \over 64}{\sqrt {105 \over 2\pi }}\cdot e^{i\varphi }\cdot \sin \theta \cdot (429\cos ^{6}\theta -495\cos ^{4}\theta +135\cos ^{2}\theta -5)

Y_{7}^{2}(\theta ,\varphi )={3 \over 64}{\sqrt {35 \over \pi }}\cdot e^{2i\varphi }\cdot \sin ^{2}\theta \cdot (143\cos ^{5}\theta -110\cos ^{3}\theta +15\cos \theta )

Y_{7}^{3}(\theta ,\varphi )={-3 \over 64}{\sqrt {35 \over 2\pi }}\cdot e^{3i\varphi }\cdot \sin ^{3}\theta \cdot (143\cos ^{4}\theta -66\cos ^{2}\theta +3)

Y_{7}^{4}(\theta ,\varphi )={3 \over 32}{\sqrt {385 \over 2\pi }}\cdot e^{4i\varphi }\cdot \sin ^{4}\theta \cdot (13\cos ^{3}\theta -3\cos \theta )

Y_{7}^{5}(\theta ,\varphi )={-3 \over 64}{\sqrt {385 \over 2\pi }}\cdot e^{5i\varphi }\cdot \sin ^{5}\theta \cdot (13\cos ^{2}\theta -1)

Y_{7}^{6}(\theta ,\varphi )={3 \over 64}{\sqrt {5005 \over \pi }}\cdot e^{6i\varphi }\cdot \sin ^{6}\theta \cdot \cos \theta

Y_{7}^{7}(\theta ,\varphi )={-3 \over 64}{\sqrt {715 \over 2\pi }}\cdot e^{7i\varphi }\cdot \sin ^{7}\theta

Сферические функции с l = 8

m < 0

Y_{8}^{-8}(\theta ,\varphi )={3 \over 256}{\sqrt {12155 \over 2\pi }}\cdot e^{-8i\varphi }\cdot \sin ^{8}\theta

Y_{8}^{-7}(\theta ,\varphi )={3 \over 64}{\sqrt {12155 \over 2\pi }}\cdot e^{-7i\varphi }\cdot \sin ^{7}\theta \cdot \cos \theta

Y_{8}^{-6}(\theta ,\varphi )={1 \over 128}{\sqrt {7293 \over \pi }}\cdot e^{-6i\varphi }\cdot \sin ^{6}\theta \cdot (15\cos ^{2}\theta -1)

Y_{8}^{-5}(\theta ,\varphi )={3 \over 64}{\sqrt {17017 \over 2\pi }}\cdot e^{-5i\varphi }\cdot \sin ^{5}\theta \cdot (5\cos ^{3}\theta -1\cos \theta )

Y_{8}^{-4}(\theta ,\varphi )={3 \over 128}{\sqrt {1309 \over 2\pi }}\cdot e^{-4i\varphi }\cdot \sin ^{4}\theta \cdot (65\cos ^{4}\theta -26\cos ^{2}\theta +1)

Y_{8}^{-3}(\theta ,\varphi )={1 \over 64}{\sqrt {19635 \over 2\pi }}\cdot e^{-3i\varphi }\cdot \sin ^{3}\theta \cdot (39\cos ^{5}\theta -26\cos ^{3}\theta +3\cos \theta )

Y_{8}^{-2}(\theta ,\varphi )={3 \over 128}{\sqrt {595 \over \pi }}\cdot e^{-2i\varphi }\cdot \sin ^{2}\theta \cdot (143\cos ^{6}\theta -143\cos ^{4}\theta +33\cos ^{2}\theta -1)

Y_{8}^{-1}(\theta ,\varphi )={3 \over 64}{\sqrt {17 \over 2\pi }}\cdot e^{-i\varphi }\cdot \sin \theta \cdot (715\cos ^{7}\theta -1001\cos ^{5}\theta +385\cos ^{3}\theta -35\cos \theta )

m ⩾ 0

Y_{8}^{0}(\theta ,\varphi )={1 \over 256}{\sqrt {17 \over \pi }}\cdot (6435\cos ^{8}\theta -12012\cos ^{6}\theta +6930\cos ^{4}\theta -1260\cos ^{2}\theta +35)

Y_{8}^{1}(\theta ,\varphi )={-3 \over 64}{\sqrt {17 \over 2\pi }}\cdot e^{i\varphi }\cdot \sin \theta \cdot (715\cos ^{7}\theta -1001\cos ^{5}\theta +385\cos ^{3}\theta -35\cos \theta )

Y_{8}^{2}(\theta ,\varphi )={3 \over 128}{\sqrt {595 \over \pi }}\cdot e^{2i\varphi }\cdot \sin ^{2}\theta \cdot (143\cos ^{6}\theta -143\cos ^{4}\theta +33\cos ^{2}\theta -1)

Y_{8}^{3}(\theta ,\varphi )={-1 \over 64}{\sqrt {19635 \over 2\pi }}\cdot e^{3i\varphi }\cdot \sin ^{3}\theta \cdot (39\cos ^{5}\theta -26\cos ^{3}\theta +3\cos \theta )

Y_{8}^{4}(\theta ,\varphi )={3 \over 128}{\sqrt {1309 \over 2\pi }}\cdot e^{4i\varphi }\cdot \sin ^{4}\theta \cdot (65\cos ^{4}\theta -26\cos ^{2}\theta +1)

Y_{8}^{5}(\theta ,\varphi )={-3 \over 64}{\sqrt {17017 \over 2\pi }}\cdot e^{5i\varphi }\cdot \sin ^{5}\theta \cdot (5\cos ^{3}\theta -1\cos \theta )

Y_{8}^{6}(\theta ,\varphi )={1 \over 128}{\sqrt {7293 \over \pi }}\cdot e^{6i\varphi }\cdot \sin ^{6}\theta \cdot (15\cos ^{2}\theta -1)

Y_{8}^{7}(\theta ,\varphi )={-3 \over 64}{\sqrt {12155 \over 2\pi }}\cdot e^{7i\varphi }\cdot \sin ^{7}\theta \cdot \cos \theta

Y_{8}^{8}(\theta ,\varphi )={3 \over 256}{\sqrt {12155 \over 2\pi }}\cdot e^{8i\varphi }\cdot \sin ^{8}\theta

Сферические функции с l = 9

m < 0

Y_{9}^{-9}(\theta ,\varphi )={1 \over 512}{\sqrt {230945 \over \pi }}\cdot e^{-9i\varphi }\cdot \sin ^{9}\theta

Y_{9}^{-8}(\theta ,\varphi )={3 \over 256}{\sqrt {230945 \over 2\pi }}\cdot e^{-8i\varphi }\cdot \sin ^{8}\theta \cdot \cos \theta

Y_{9}^{-7}(\theta ,\varphi )={3 \over 512}{\sqrt {13585 \over \pi }}\cdot e^{-7i\varphi }\cdot \sin ^{7}\theta \cdot (17\cos ^{2}\theta -1)

Y_{9}^{-6}(\theta ,\varphi )={1 \over 128}{\sqrt {40755 \over \pi }}\cdot e^{-6i\varphi }\cdot \sin ^{6}\theta \cdot (17\cos ^{3}\theta -3\cos \theta )

Y_{9}^{-5}(\theta ,\varphi )={3 \over 256}{\sqrt {2717 \over \pi }}\cdot e^{-5i\varphi }\cdot \sin ^{5}\theta \cdot (85\cos ^{4}\theta -30\cos ^{2}\theta +1)

Y_{9}^{-4}(\theta ,\varphi )={3 \over 128}{\sqrt {95095 \over 2\pi }}\cdot e^{-4i\varphi }\cdot \sin ^{4}\theta \cdot (17\cos ^{5}\theta -10\cos ^{3}\theta +1\cos \theta )

Y_{9}^{-3}(\theta ,\varphi )={1 \over 256}{\sqrt {21945 \over \pi }}\cdot e^{-3i\varphi }\cdot \sin ^{3}\theta \cdot (221\cos ^{6}\theta -195\cos ^{4}\theta +39\cos ^{2}\theta -1)

Y_{9}^{-2}(\theta ,\varphi )={3 \over 128}{\sqrt {1045 \over \pi }}\cdot e^{-2i\varphi }\cdot \sin ^{2}\theta \cdot (221\cos ^{7}\theta -273\cos ^{5}\theta +91\cos ^{3}\theta -7\cos \theta )

Y_{9}^{-1}(\theta ,\varphi )={3 \over 256}{\sqrt {95 \over 2\pi }}\cdot e^{-i\varphi }\cdot \sin \theta \cdot (2431\cos ^{8}\theta -4004\cos ^{6}\theta +2002\cos ^{4}\theta -308\cos ^{2}\theta +7)

m ⩾ 0

Y_{9}^{0}(\theta ,\varphi )={1 \over 256}{\sqrt {19 \over \pi }}\cdot (12155\cos ^{9}\theta -25740\cos ^{7}\theta +18018\cos ^{5}\theta -4620\cos ^{3}\theta +315\cos \theta )

Y_{9}^{1}(\theta ,\varphi )={-3 \over 256}{\sqrt {95 \over 2\pi }}\cdot e^{i\varphi }\cdot \sin \theta \cdot (2431\cos ^{8}\theta -4004\cos ^{6}\theta +2002\cos ^{4}\theta -308\cos ^{2}\theta +7)

Y_{9}^{2}(\theta ,\varphi )={3 \over 128}{\sqrt {1045 \over \pi }}\cdot e^{2i\varphi }\cdot \sin ^{2}\theta \cdot (221\cos ^{7}\theta -273\cos ^{5}\theta +91\cos ^{3}\theta -7\cos \theta )

Y_{9}^{3}(\theta ,\varphi )={-1 \over 256}{\sqrt {21945 \over \pi }}\cdot e^{3i\varphi }\cdot \sin ^{3}\theta \cdot (221\cos ^{6}\theta -195\cos ^{4}\theta +39\cos ^{2}\theta -1)

Y_{9}^{4}(\theta ,\varphi )={3 \over 128}{\sqrt {95095 \over 2\pi }}\cdot e^{4i\varphi }\cdot \sin ^{4}\theta \cdot (17\cos ^{5}\theta -10\cos ^{3}\theta +1\cos \theta )

Y_{9}^{5}(\theta ,\varphi )={-3 \over 256}{\sqrt {2717 \over \pi }}\cdot e^{5i\varphi }\cdot \sin ^{5}\theta \cdot (85\cos ^{4}\theta -30\cos ^{2}\theta +1)

Y_{9}^{6}(\theta ,\varphi )={1 \over 128}{\sqrt {40755 \over \pi }}\cdot e^{6i\varphi }\cdot \sin ^{6}\theta \cdot (17\cos ^{3}\theta -3\cos \theta )

Y_{9}^{7}(\theta ,\varphi )={-3 \over 512}{\sqrt {13585 \over \pi }}\cdot e^{7i\varphi }\cdot \sin ^{7}\theta \cdot (17\cos ^{2}\theta -1)

Y_{9}^{8}(\theta ,\varphi )={3 \over 256}{\sqrt {230945 \over 2\pi }}\cdot e^{8i\varphi }\cdot \sin ^{8}\theta \cdot \cos \theta

Y_{9}^{9}(\theta ,\varphi )={-1 \over 512}{\sqrt {230945 \over \pi }}\cdot e^{9i\varphi }\cdot \sin ^{9}\theta

Сферические функции с l = 10

m < 0

Y_{10}^{-10}(\theta ,\varphi )={1 \over 1024}{\sqrt {969969 \over \pi }}\cdot e^{-10i\varphi }\cdot \sin ^{10}\theta

Y_{10}^{-9}(\theta ,\varphi )={1 \over 512}{\sqrt {4849845 \over \pi }}\cdot e^{-9i\varphi }\cdot \sin ^{9}\theta \cdot \cos \theta

Y_{10}^{-8}(\theta ,\varphi )={1 \over 512}{\sqrt {255255 \over 2\pi }}\cdot e^{-8i\varphi }\cdot \sin ^{8}\theta \cdot (19\cos ^{2}\theta -1)

Y_{10}^{-7}(\theta ,\varphi )={3 \over 512}{\sqrt {85085 \over \pi }}\cdot e^{-7i\varphi }\cdot \sin ^{7}\theta \cdot (19\cos ^{3}\theta -3\cos \theta )

Y_{10}^{-6}(\theta ,\varphi )={3 \over 1024}{\sqrt {5005 \over \pi }}\cdot e^{-6i\varphi }\cdot \sin ^{6}\theta \cdot (323\cos ^{4}\theta -102\cos ^{2}\theta +3)

Y_{10}^{-5}(\theta ,\varphi )={3 \over 256}{\sqrt {1001 \over \pi }}\cdot e^{-5i\varphi }\cdot \sin ^{5}\theta \cdot (323\cos ^{5}\theta -170\cos ^{3}\theta +15\cos \theta )

Y_{10}^{-4}(\theta ,\varphi )={3 \over 256}{\sqrt {5005 \over 2\pi }}\cdot e^{-4i\varphi }\cdot \sin ^{4}\theta \cdot (323\cos ^{6}\theta -255\cos ^{4}\theta +45\cos ^{2}\theta -1)

Y_{10}^{-3}(\theta ,\varphi )={3 \over 256}{\sqrt {5005 \over \pi }}\cdot e^{-3i\varphi }\cdot \sin ^{3}\theta \cdot (323\cos ^{7}\theta -357\cos ^{5}\theta +105\cos ^{3}\theta -7\cos \theta )

Y_{10}^{-2}(\theta ,\varphi )={3 \over 512}{\sqrt {385 \over 2\pi }}\cdot e^{-2i\varphi }\cdot \sin ^{2}\theta \cdot (4199\cos ^{8}\theta -6188\cos ^{6}\theta +2730\cos ^{4}\theta -364\cos ^{2}\theta +7)

Y_{10}^{-1}(\theta ,\varphi )={1 \over 256}{\sqrt {1155 \over 2\pi }}\cdot e^{-i\varphi }\cdot \sin \theta \cdot (4199\cos ^{9}\theta -7956\cos ^{7}\theta +4914\cos ^{5}\theta -1092\cos ^{3}\theta +63\cos \theta )

m ⩾ 0

Y_{10}^{0}(\theta ,\varphi )={1 \over 512}{\sqrt {21 \over \pi }}\cdot (46189\cos ^{10}\theta -109395\cos ^{8}\theta +90090\cos ^{6}\theta -30030\cos ^{4}\theta +3465\cos ^{2}\theta -63)

Y_{10}^{1}(\theta ,\varphi )={-1 \over 256}{\sqrt {1155 \over 2\pi }}\cdot e^{i\varphi }\cdot \sin \theta \cdot (4199\cos ^{9}\theta -7956\cos ^{7}\theta +4914\cos ^{5}\theta -1092\cos ^{3}\theta +63\cos \theta )

Y_{10}^{2}(\theta ,\varphi )={3 \over 512}{\sqrt {385 \over 2\pi }}\cdot e^{2i\varphi }\cdot \sin ^{2}\theta \cdot (4199\cos ^{8}\theta -6188\cos ^{6}\theta +2730\cos ^{4}\theta -364\cos ^{2}\theta +7)

Y_{10}^{3}(\theta ,\varphi )={-3 \over 256}{\sqrt {5005 \over \pi }}\cdot e^{3i\varphi }\cdot \sin ^{3}\theta \cdot (323\cos ^{7}\theta -357\cos ^{5}\theta +105\cos ^{3}\theta -7\cos \theta )

Y_{10}^{4}(\theta ,\varphi )={3 \over 256}{\sqrt {5005 \over 2\pi }}\cdot e^{4i\varphi }\cdot \sin ^{4}\theta \cdot (323\cos ^{6}\theta -255\cos ^{4}\theta +45\cos ^{2}\theta -1)

Y_{10}^{5}(\theta ,\varphi )={-3 \over 256}{\sqrt {1001 \over \pi }}\cdot e^{5i\varphi }\cdot \sin ^{5}\theta \cdot (323\cos ^{5}\theta -170\cos ^{3}\theta +15\cos \theta )

Y_{10}^{6}(\theta ,\varphi )={3 \over 1024}{\sqrt {5005 \over \pi }}\cdot e^{6i\varphi }\cdot \sin ^{6}\theta \cdot (323\cos ^{4}\theta -102\cos ^{2}\theta +3)

Y_{10}^{7}(\theta ,\varphi )={-3 \over 512}{\sqrt {85085 \over \pi }}\cdot e^{7i\varphi }\cdot \sin ^{7}\theta \cdot (19\cos ^{3}\theta -3\cos \theta )

Y_{10}^{8}(\theta ,\varphi )={1 \over 512}{\sqrt {255255 \over 2\pi }}\cdot e^{8i\varphi }\cdot \sin ^{8}\theta \cdot (19\cos ^{2}\theta -1)

Y_{10}^{9}(\theta ,\varphi )={-1 \over 512}{\sqrt {4849845 \over \pi }}\cdot e^{9i\varphi }\cdot \sin ^{9}\theta \cdot \cos \theta

Y_{10}^{10}(\theta ,\varphi )={1 \over 1024}{\sqrt {969969 \over \pi }}\cdot e^{10i\varphi }\cdot \sin ^{10}\theta

См. также

Сферические функции

Источники

Mathar, R. J. Zernike basis to cartesian transformations (англ.) // Serbian Astronomical Journal^[англ.] : journal. — 2009. — Vol. 179. — P. 107—120. — doi:10.2298/SAJ0979107M. — Bibcode: 2009SerAj.179..107M. (see section 3.3)

Похожие исследовательские статьи

<span class="mw-page-title-main">Лемниската Бернулли</span> алгебраическая кривая

Лемниска́та Берну́лли — плоская алгебраическая кривая. Определяется как геометрическое место точек, произведение расстояний от которых до двух заданных точек (фокусов) постоянно и равно квадрату половины расстояния между фокусами.

<span class="mw-page-title-main">Эллипс</span> кривая второго порядка

Э́ллипс — замкнутая плоская кривая, исторически определённая как одно из конических сечений . Название эллипсу дал Аполлоний Пергский в своей «Конике».

<span class="mw-page-title-main">Эллипсоид</span> поверхность в трёхмерном пространстве

Эллипсо́ид — поверхность в трёхмерном пространстве, полученная деформацией сферы вдоль трёх взаимно перпендикулярных осей.

Систе́ма координа́т — комплекс определений, реализующий метод координат, то есть способ определять положение и перемещение точки или тела с помощью чисел или других символов. Совокупность чисел, определяющих положение конкретной точки, называется координатами этой точки.

<span class="mw-page-title-main">Формула Эйлера</span> связь комплексной экспоненты с тригонометрическими функциями

Формула Эйлера связывает комплексную экспоненту с тригонометрическими функциями. Названа в честь Леонарда Эйлера, который её ввёл.

Физи́ческий ма́ятник — осциллятор, представляющий собой твёрдое тело, совершающее колебания в поле каких-либо сил относительно точки, не являющейся центром масс этого тела, или неподвижной оси, перпендикулярной направлению действия сил и не проходящей через центр масс этого тела.

<span class="mw-page-title-main">Поворот</span> движение, при котором по крайней мере одна точка плоскости (пространства) остаётся неподвижной

Поворо́т (враще́ние) — движение плоскости или пространства, при котором по крайней мере одна точка остаётся неподвижной.

<span class="mw-page-title-main">Полярная система координат</span>

Поля́рная систе́ма координа́т — система координат на плоскости, определяющаяся двумя полярными координатами $\text{[math]}$ и $\text{[math]}$ , которые связаны с декартовыми прямоугольными координатами $\text{[math]}$ и $\text{[math]}$ следующими выражениями:

\text{[math]}

\text{[math]}

<span class="mw-page-title-main">Сферическая система координат</span> набор из 3 чисел, определяющих положение точки на некой сфере

Сферическая система координат — трёхмерная система координат, в которой каждая точка пространства определяется тремя числами $\text{[math]}$ , где $\text{[math]}$ — расстояние до начала координат, а $\text{[math]}$ и $\text{[math]}$ — зенитный и азимутальный углы соответственно.

Эллиптические функции Якоби — это набор основных эллиптических функций комплексного переменного и вспомогательных тета-функций, которые имеют прямое отношение к некоторым прикладным задачам. Они также имеют полезные аналогии с тригонометрическими функциями, как показывает соответствующее обозначение $\text{[math]}$ для $\text{[math]}$ . Они не дают самый простой способ развить общую теорию, как замечено недавно: это может быть сделано на основе эллиптических функций Вейерштрасса. Эллиптические функции Якоби имеют в основном параллелограмме по два простых полюса и два простых нуля.

Эллипти́ческий интегра́л — некоторая функция $\text{[math]}$ над полем действительных или комплексных чисел, которая может быть формально представлена в следующем виде:

\text{[math]}

,

<span class="mw-page-title-main">Сферические функции</span>

Сферические функции представляют собой угловую часть семейства ортогональных решений уравнения Лапласа, записанную в сферических координатах. Они широко используются для изучения физических явлений в пространственных областях, ограниченных сферическими поверхностями и при решении физических задач, обладающих сферической симметрией. Сферические функции имеют большое значение в теории дифференциальных уравнений в частных производных и теоретической физике, в частности в задачах расчёта электронных орбиталей в атоме, гравитационного поля геоида, магнитного поля планет и интенсивности реликтового излучения.

Формула тангенса половинного угла — тригонометрическая формула, связывающая тангенс половинного угла с тригонометрическими функциями полного угла:

\text{[math]}

<span class="mw-page-title-main">Проекция Эккерта IV</span>

Проекция Эккерта IV — это псевдоцилиндрическая картографическая проекция. Полюса представлены как отрезки прямых, длина этих отрезков равна половине длины экватора. Параллели представлены как прямые линии, расположенные через неравные интервалы и уменьшающиеся по длине к полюсам. Меридианы представляют собой эллиптические кривые, расположенные через равные интервалы.

<span class="mw-page-title-main">Тета-функция</span>

Тета-функции — это специальные функции от нескольких комплексных переменных. Они играют важную роль во многих областях, включая теории абелевых многообразий, пространства модулей и квадратичных форм. Они применяются также в теории солитонов. После обобщения к алгебре Грассмана функции появляются также в квантовой теории поля.

Векторными сферическими гармониками являются векторные функции, преобразующиеся при вращениях системы координат так же, как скалярные сферические функции с теми же индексами, или определенные линейные комбинации таких функций.

Диполя́рная, или дипо́льная, систе́ма координа́т — трёхмерная криволинейная ортогональная система координат, основанная на точечном (центральном) диполе, точнее, на его инвариантах преобразования координат.

<span class="mw-page-title-main">Дифференцирование тригонометрических функций</span>

Дифференцирование тригонометрических функций — математический процесс нахождения производной тригонометрической функции или скорости её изменения по отношению к переменной. Например, производная функции синуса записывается как sin′(a) = cos(a), что означает, что скорость изменения sin(x) под определённым углом x = a задаётся косинусом этого угла.

<span class="mw-page-title-main">Сферический цилиндр</span>

Сферический цилиндр — объект занимательной математики в четырёхмерном евклидовом пространстве, определяемый как прямое произведение трёхмерного шара радиуса $\text{[math]}$ и отрезка линии длиной $\text{[math]}$ :

\text{[math]}

.

<span class="mw-page-title-main">Проекция Мольвейде</span>

Проекция Мольвейде — равновеликая псевдоцилиндрическая картографическая проекция. Также известна как проекция Бабине, а также эллиптическая, гомолографической или гомалографической проекция. Обычно используется для представления карты мира или небесной сферы. Термин равновеликая обозначает, что проекция сохраняет соотношение площадей объектов, но искажает их форму.

Эта страница основана на статье Википедии.
Текст доступен на условиях лицензии CC BY-SA 4.0; могут применяться дополнительные условия.
Изображения, видео и звуки доступны по их собственным лицензиям.