En matemàtiques, el potencial de Bessel és un potencial (anomenat així en honor de Friedrich Wilhelm Bessel) similar al potencial de Riesz, però amb millors propietats de decaïment a l'infinit.
Si
és un nombre complex amb una part real positiva, aleshores el potencial Bessel de l'ordre
és l'operador
![{\displaystyle (I-\Delta )^{-s/2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4d40a22dfaba40c587a2e22af7ec882a2d960065)
on Δ és l'operador de Laplace i la potència fraccional es defineix mitjançant les transformacions de Fourier.
Els potencials de Yukawa són casos particulars de potencials de Bessel per a
en espais tridimensionals.
Representació a l'espai de Fourier
El potencial Bessel actua multiplicant les transformacions de Fourier; per a cada una
![{\displaystyle {\mathcal {F}}((I-\Delta )^{-s/2}u)(\xi )={\frac {{\mathcal {F}}u(\xi )}{(1+4\pi ^{2}\vert \xi \vert ^{2})^{s/2}}}.}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/cf552667fe6a066f594daa2e1423110119057fc4)
Representacions integrals
Quan
, el potencial de Bessel a
es pot representar com
![{\displaystyle (I-\Delta )^{-s/2}u=G_{s}\ast u,}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2433508070f7e777acef52042068b9f0256c68a6)
on el nucli de Bessel
es defineix per a
per la fórmula integral
![{\displaystyle G_{s}(x)={\frac {1}{(4\pi )^{s/2}\Gamma (s/2)}}\int _{0}^{\infty }{\frac {e^{-{\frac {\pi \vert x\vert ^{2}}{y}}-{\frac {y}{4\pi }}}}{y^{1+{\frac {d-s}{2}}}}}\,\mathrm {d} y.}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/94a4e463a4e5de40a9ddd570c459646ec6b706ea)
Aquí,
denota la funció gamma. El nucli de Bessel també es pot representar per a
com
![{\displaystyle G_{s}(x)={\frac {e^{-\vert x\vert }}{(2\pi )^{\frac {d-1}{2}}2^{\frac {s}{2}}\Gamma ({\frac {s}{2}})\Gamma ({\frac {d-s+1}{2}})}}\int _{0}^{\infty }e^{-\vert x\vert t}{\Big (}t+{\frac {t^{2}}{2}}{\Big )}^{\frac {d-s-1}{2}}\,\mathrm {d} t.}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7e63811c181018c9051106318a8958bbcd7fd094)
Asímptotes
A l'origen, s'obté
,
![{\displaystyle G_{s}(x)={\frac {\Gamma ({\frac {d-s}{2}})}{2^{s}\pi ^{s/2}\vert x\vert ^{d-s}}}(1+o(1))\quad {\text{ si }}0<s<d,}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2e732c1675578679adf377451f82e9abdae1933c)
![{\displaystyle G_{d}(x)={\frac {1}{2^{d-1}\pi ^{d/2}}}\ln {\frac {1}{\vert x\vert }}(1+o(1)),}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d4ddeab185d0858ad66195f4094b1d287daf3377)
![{\displaystyle G_{s}(x)={\frac {\Gamma ({\frac {s-d}{2}})}{2^{s}\pi ^{s/2}}}(1+o(1))\quad {\text{ si }}s>d.}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e3066c60ce7206237486023fdd513526873c1629)
En particular, quan
el potencial Bessel es comporta asimptòticament com el potencial de Riesz.
A l'infinit, s'obté
,
![{\displaystyle G_{s}(x)={\frac {e^{-\vert x\vert }}{2^{\frac {d+s-1}{2}}\pi ^{\frac {d-1}{2}}\Gamma ({\frac {s}{2}})\vert x\vert ^{\frac {d+1-s}{2}}}}(1+o(1)).}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b0e208e624353e3deffb72c5244f9d636e802898)
Referències
Bibliografia
- Aronszajn, N.; Smith, K. T «Theory of Bessel potentials I» (en anglès). Ann. Inst. Fourier, 11, 1961.
- Duduchava, R. Michiel Hazewinkel (ed.). Bessel potential operator. Encyclopedia of Mathematics (en anglès). Springer, 2001. ISBN 978-1-55608-010-4.
- Grafakos, Loukas «Modern Fourier analysis» (en anglès). Springer-Verlag [Berlin, New York], 250, 2009. DOI: 10.1007/978-0-387-09434-2.
- Hedberg, L.I. Michiel Hazewinkel (ed.). Bessel potential space. Encyclopedia of Mathematics (en anglès). Springer, 2001. ISBN 978-1-55608-010-4.
- Solomentsev, E.D. Michiel Hazewinkel (ed.). B/b015870. Encyclopedia of Mathematics (en anglès). Springer, 2001. ISBN 978-1-55608-010-4.
- Stein, Elias «Singular integrals and differentiability properties of functions» (en anglès). Princeton University Press [Princeton, NJ], 1970.