Electromagnetic field diffusion, θ-functions, and image solutions

Contents

We discuss some initial and boundary value problems of one-dimensional electromagnetic field diffusion. The solutions can be given by infinite series in two essentially different (however equivalent) forms, one being the usual Fourier-expansion and the other one being an infinite series of Gaussian exponentials or related functions (as for instance error-functions). The second form can be obtained by using infinitely many images to fulfill initial and boundary conditions. Finally the mathematical relations between the two equivalent types of solutions are discussed in terms of θ-functions and their transformation properties. The existence of the solutions in these two different forms is very interesting from a numerical point of view also.

Übersicht

Es werden einige Anfangs- und Randwertprobleme eindimensionaler elektromagnetischer Felddiffusion erörtert. Die Lösungen können in zwei wesentlich verschiedenen (jedoch gleichwertigen) Formen angegeben werden, erstens in Form üblicher Fourier-Reihen und zweitens in Form unendlicher Reihen von Gaußschen Exponentialfunktionen oder damit verwandter Funktionen (z.B. Fehlerfunktionen). Diese zweite Form der Lösungen läßt sich durch die Anwendung unendlich oft wiederholter Spiegelung zur Erfüllung der Rand- und Anfangsbedingung anschaulich interpretieren. Abschließend werden die beiden Lösungstypen mit Hilfe von θ-Funktionen und deren Transformationseigenschaften erläutert. Die Verfügbarkeit der Lösungen in beiden Formen ist auch numerisch sehr interessant.