Sferni harmonici u matematici predstavljaju ugaoni deo rešenja Laplasove jednačine u sfernim koordinatama.

Sferne harmonike je prvi 1782. uveo Pjer Simon Laplas, a oblika su:

i rešenje su jednačine:

Laplasova jednačina uredi

Laplasova jednačina u sfernim koordinatama ima oblik:

 

Jednačinu rešavamo separacijom varijabli pretpostavljajući rešenje oblika:

 

Separacijom varijabli dobija se:

 

Množeći sa   i deleći sa   dobija se:

 

odnosno dobijaju se dve jednačine:

 

Ugaona jednačina

 

može dalje da se separira po dve varijable:

 

Odatle se dobija:

 

tj. dve jednačine:

 
 

Rešenje prve jednačine je:  

Da bi druga jednačina imala rešenje mora biti zadovoljeno  .

Konačno za ugao   dobija se jednačina:

 

Uvedemo li supstituciju   dobija se:

 <

odnosno jednačina čije rešenje su pridruženi Ležandrovi polinomi  . Sada treba da normiramo ta rešenja uz pomoć   pa dobijamo:

 

Isto tako treba da se normira i po drugom uglu   , pa se dobija:

 .

Zajedničko ugaono rešenje je onda upravo funkcija, koju nazivamo sferni harmonik:

 

Neka svojstva uredi

Sferni harmonici su ortogonalni:

 .

Zadovoljavaju relaciju potpunosti:

 

Osim toga u slučaju transformacija vredi:

 
 

Integral tri sferna harmonika dat je preko 3-jm simbola:

 

gde su  ,   and   celi brojevi.

Adiciona teorema uredi

Pretpostavimo da su dva jedinična vektora   i   predstavljena u sfernim kordinatama   odnosno  . Ugao između dva vektora je onda:

 

Adiciona teorema za sferne harmonike je:

 

Za slučaj kada se radi o istom vektoru dobija se:

 

Razvoj po sfernim harmonicima uredi

Pošto sferni harmonici čine potpun skup oprtonormalnih funkcija funkcije mogu da se razviju preko njih:

 

a koeficijenti su:

 

Tabela nekih sfernih harmonika uredi

Prvih nekoliko sfernih harmonika
Ylm l = 0 l = 1 l = 2 l = 3
m = -3  
m = −2    
m = −1      
m = 0        
m = 1      
m = 2    
m = 3  

Literatura uredi

  • Abramowitz, Milton; Stegun, Irene A., eds. (1965), Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, New York: Dover. ISBN 978-0-486-61272-0.
  • Сферни хармоници
  • Courant, Richard; Hilbert, David (1962), Methods of Mathematical Physics, Volume I, Wiley-Interscience .
  • Edmonds, A.R. (1957). Angular Momentum in Quantum Mechanics. Princeton University Press. ISBN 0-691-07912-9. 
  • Eremenko, Alexandre; Jakobson, Dmitry; Nadirashvili, Nikolai (2007), „On nodal sets and nodal domains on   and  ”, Université de Grenoble. Annales de l'Institut Fourier, 57 (7): 2345—2360, ISSN 0373-0956, MR2394544 
  • MacRobert, T.M. (1967), Spherical harmonics: An elementary treatise on harmonic functions, with applications, Pergamon Press .
  • Meijer, Paul Herman Ernst; Bauer, Edmond (2004). Group theory: The application to quantum mechanics. Dover. ISBN 978-0-486-43798-9. .
  • Solomentsev, E.D. (2001). „Spherical harmonics”. Ур.: Hazewinkel Michiel. Encyclopaedia of Mathematics. Springer. ISBN 978-1556080104. .
  • Stein, Elias; Weiss, Guido (1971). Introduction to Fourier Analysis on Euclidean Spaces. Princeton, N.J.: Princeton University Press. ISBN 978-0-691-08078-9. .
  • Unsöld, Albrecht (1927), „Beiträge zur Quantenmechanik der Atome”, Annalen der Physik, 387 (3): 355—393, Bibcode:1927AnP...387..355U, doi:10.1002/andp.19273870304 .
  • Watson, G. N.; Whittaker, E. T. (1927), A Course of Modern Analysis, Cambridge University Press, str. 392 .

  • E.W. Hobson, The Theory of Spherical and Ellipsoidal Harmonics, (1955) Chelsea Pub. Co. ISBN 978-0-8284-0104-3.
  • C. Müller, Spherical Harmonics, (1966) Springer, Lecture Notes in Mathematics, Vol. 17. ISBN 978-3-540-03600-5.
  • E. U. Condon and G. H. Shortley, The Theory of Atomic Spectra, (1970) Cambridge at the University Press, ISBN 0-521-09209-4, See chapter 3.
  • J.D. Jackson, Classical Electrodynamics, ISBN 0-471-30932-X
  • Albert Messiah, Quantum Mechanics, volume II. (2000) Dover. ISBN 0-486-40924-4.
  • Press, WH; Teukolsky, SA; Vetterling, WT; Flannery, BP (2007). „Section 6.7. Spherical Harmonics”. Numerical Recipes: The Art of Scientific Computing (3rd изд.). New York: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-88068-8. 
  • D. A. Varshalovich, A. N. Moskalev, V. K. Khersonskii Quantum Theory of Angular Momentum,(1988) World Scientific Publishing Co., Singapore, ISBN 9971-5-0107-4