The Laplacian for a scalar function  is a scalar differential operator defined by

(1)

where the  are the scale factors of the coordinate system (Weinberg 1972, p. 109; Arfken 1985, p. 92).

Note that the operator  is commonly written as  by mathematicians (Krantz 1999, p. 16).

The Laplacian is extremely important in mechanics, electromagnetics, wave theory, and quantum mechanics, and appears in Laplace's equation

(2)

the Helmholtz differential equation

(3)

the wave equation

(4)

and the Schrödinger equation

(5)

The analogous operator obtained by generalizing from three dimensions to four-dimensional spacetime is denoted and is known as the d'Alembertian. A version of the Laplacian that operates on vector functions is known as the vector Laplacian, and a tensor Laplacian can be similarly defined. The square of the Laplacian  is known as the biharmonic operator.

A vector Laplacian can also be defined, as can its generalization to a tensor Laplacian.

The following table gives the form of the Laplacian in several common coordinate systems.

coordinate system
Cartesian coordinates
cylindrical coordinates
parabolic coordinates
parabolic cylindrical coordinates
spherical coordinates

The finite difference form is

(6)

For a pure radial function ,

			(7)
			(8)
			(9)

Using the vector derivative identity

(10)

so

			(11)
			(12)
			(13)

Therefore, for a radial power law,

			(14)
			(15)
			(16)

An identity satisfied by the Laplacian is

(17)

where  is the Hilbert-Schmidt norm,  is a row vector, and  is the transpose of .

To compute the Laplacian of the inverse distance function , where , and integrate the Laplacian over a volume,

(18)

This is equal to

			(19)
			(20)
			(21)
			(22)
			(23)

where the integration is over a small sphere of radius . Now, for  and , the integral becomes 0. Similarly, for  and , the integral becomes . Therefore,

(24)

where  is the delta function.

REFERENCES:

Arfken, G. Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, 1985.

Moon, P. and Spencer, D. E. Field Theory Handbook, Including Coordinate Systems, Differential Equations, and Their Solutions, 2nd ed. New York: Springer-Verlag, 1988.

SeeAlso

Antilaplacian, Biharmonic Operator, d'Alembertian, Helmholtz Differential Equation, Laplace's Equation, Schrödinger Equation, Tensor Laplacian, Vector Laplacian, Wave Equation

References

Arfken, G. Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, 1985.

Krantz, S. G. Handbook of Complex Variables. Boston, MA: Birkhäuser, p. 16, 1999.

Moon, P. and Spencer, D. E. Field Theory Handbook, Including Coordinate Systems, Differential Equations, and Their Solutions, 2nd ed. New York: Springer-Verlag, 1988.

Weinberg, S. Gravitation and Cosmology: Principles and Applications of the General Theory of Relativity. New York: Wiley, 1972.

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

مجموعة العميد التربوية تعقد اجتماعًا لمناقشة الاستعدادات الخاصة بالموسم التدريبي الصيفي

قسم الإعلام ينظم ورشة تدريبية حول تطبيق (إعلامي) لعدد من منتسبي قسم حفظ النظام

قسم الشؤون الخدمية ينفذ حملة لتنظيف الشوارع المحيطة بصحن مرقد أبي الفضل العباس (عليه السلام)

وفد العتبة العباسية المقدسة يزور شعبة الإعداد البدني للاطّلاع على برنامج تأهيل المنتسبين الجدد

المزيد

الآخبار الصحية

ماذا يحدث إذا تناولنا الطعام مرة واحدة فقط في اليوم

اكتشاف عوامل خطر غير متوقعة لمرض الكبد الدهني

فيروس هانتا والسفينة الموبوءة.. تحديث من الصحة العالمية

طبيب يحسم الجدل السجائر الإلكترونية وعلاقتها بالسرطان

المزيد

الآخبار التكنلوجية

لأول مرة في الولايات المتحدة.. تشغيل مفاعل مصغر نووي يغذي الذكاء الاصطناعي بالطاقة

الكشف عن تفاصيل أول عملية ناجحة لاستعادة انتاج الحيوانات المنوية

أطلس يكشف خفايا الجسم البشري بدقة أرفع بـ50 مرة من شعر الإنسان

المتحف المصري الكبير يتحول إلى "أيقونة خضراء" بدعم ياباني

المزيد