したろうメモ:動径方向のラプラシアンの2通りの表し方
背景とかを変更した
殺風景だったので。
実は2通りあったラプラシアン
ワケあって水素原子をいじっているときに見つけました。
今まで意識したことなかったけど、動径方向のラプラシアンって2通りの表し方がある。
動径方向のラプラシアンと言えば
\begin{eqnarray}
\Delta_r
=
\frac{1}{r^2} \frac{\partial}{\partial r}\bigg(r^2 \frac{\partial}{\partial r} \bigg)
\end{eqnarray}
ですよね。これをただバラした方の表式、
\begin{eqnarray}
\Delta_r
=
\frac{\partial^2}{\partial r^2}
+
\frac{2}{r}
\frac{\partial}{\partial r}
\end{eqnarray}
も同じ位の頻度で見かけます。
で、見つけたのは
\begin{eqnarray}
\Delta_r
=
\frac{1}{r} \frac{\partial^2}{\partial r^2}r
\end{eqnarray}
という表式です。なんだか円筒座標系をほのかに感じる。
本当に一緒か確かめてみる。
\begin{align}
\Delta_r' f(r)
&:=
\frac{1}{r} \frac{\partial^2}{\partial r^2}(rf(r))
\\
&=
\frac{1}{r} \frac{\partial}{\partial r}
\bigg(
r\frac{\partial}{\partial r} f(r)
+
f(r)
\bigg)
\\
&=
\frac{1}{r}
\bigg(
r\frac{\partial^2}{\partial r^2} f(r)
+
\frac{\partial}{\partial r}
f(r)
+
\frac{\partial}{\partial r}
f(r)
\bigg)
\\
&=
\frac{1}{r}
\bigg(
r\frac{\partial^2}{\partial r^2} f(r)
+
2\frac{\partial}{\partial r}
f(r)
\bigg)
\\
&=
\frac{\partial^2}{\partial r^2}
f(r)
+
\frac{2}{r}
\frac{\partial}{\partial r}
f(r)
\\
&=
\bigg(
\frac{\partial^2}{\partial r^2}
+
\frac{2}{r}
\frac{\partial}{\partial r}
\bigg)
f(r)
\\
&=
\Delta_r f(r)
\end{align}
となって、たしかに
\begin{eqnarray}
\Delta_r
=
\frac{1}{r^2} \frac{\partial}{\partial r}\bigg(r^2 \frac{\partial}{\partial r} \bigg)
=
\frac{1}{r} \frac{\partial^2}{\partial r^2}r
\end{eqnarray}
が成り立ってるなあ、と。