Файл: Власов, А. Г. Методы расчета эмиссионных электронно-оптических систем.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 24.10.2024

Просмотров: 79

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

П Р И Л О Ж Е Н И Е 2

ДОКАЗАТЕЛЬСТВОМИНИМАЛЬНОСТИОСНОВНОЙКООРДИНАТНОЙСИСТЕМЫ

ФУНКЦИЙ

Пусть D — цилиндр в пространстве Rs, причем в D задана система функций

N

7 / knr \ •

kn (г — а)

V 4

Fn =

2 j

sin

, ß _ a— + аг + Ь,

*=i

где г = а и z " Р — координаты оснований цилиндра. Полнота этой системы

вС (G), где G — осесимметричная область и G £ D, доказана в приложении 1. Пусть г = R (s) и г = z (s) — параметрические уравнения границы меридио­

нального сечения G:

 

 

=

» - > ,

2 . . . .

Тогда

{/„} минимальна в С° (G).

существует пи— такое,

что по всякому

Предположим

противное; тогда

8 > 0

может быть

найдено {сх*е}о»

удовлетворяющее неравенство

 

 

 

 

 

 

2

 

(я.

г>|

 

<*•

 

 

 

 

 

 

 

k + n«

 

 

 

| с

(ÖG)

 

 

Но тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fno К

2) -

S

 

 

("О- 2) I

 

< e>

 

 

 

 

 

 

 

кфп°

 

 

 

||c(Q„)

 

 

 

где

Qo — отрезок, образующий

цилиндр

с

радиусом

га. Из этого неравенства

следует неминимальность

системы

{sin плг}

в

С (G),

что неверно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П Р И Л О Ж Е Н И Е .3

 

ДОКАЗАТЕЛЬСТВОРЕГУЛЯРНОСТИАЛГОРИТМАСШИВАНИЯ

 

 

 

 

ГАРМОНИЧЕСКИХРЕШЕНИЙ

 

 

 

 

Требуется найти U (р), если р £ м =

Rs\

S; АU =

0, причем U (р) убывает

на бесконечности не медленнее, чем 0 (1/ I г |);

U \s =

F (s).

 

 

 

Строим

— гармоническое

приближение U в

метрике С (со), т. е. по

заданному 8 пытаемся найти такое

 

(в), чтобы удовлетворялось неравенство

 

 

 

 

I U — (/(М) ||с (и) <

8.

 

 

 

(400)

 

 

 

Пусть и т)

 

Um (Р).

р £

“ П

 

(401)

 

 

 

Уѵм {р),

р£

м2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из теории гармонических функций известно [73], что для выполнения ус­

ловия (400) необходимо и достаточно выполнить условие

 

 

 

II и — и м\с ( S )

+

I UM — Ѵм |с (So) +

 

д£м

1д м \

< е

(402)

 

 

дп

 

 

 

дп | | c ( S „ )

 

 

где

S 0 — поверхность

сшивания (рис. 47);

8 > 0 .

S 0

задано Л4 функций си­

 

Пусть, согласно формуле (24), на поверхности

стемы Фа (р),

полной в метрике С (S0), где р £

S 0. По

[21 ]

 

 

 

 

 

 

 

м

 

 

 

 

 

м

 

 

 

 

Um = u0+

£

Ск11к’

Ѵм =

ѵ0 +

£

ckvk.

 

(403)

 

 

 

 

k=l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

159



Теорема главы I и изложенный выше алгоритм позволяют выполнить ус­ ловия

 

 

 

еЛ

 

 

 

 

(S„) < Г ( Л Г + Т ) ;

 

 

\\uk -1 k ic

 

 

8/4

 

 

(404)

(S) < 3 ( Л Г П ) ;

 

\uk ~ vk Ile ( S 0 U S )

< з

8/4

 

>

 

( М +

!)

 

где к — 0, 1, 2, 3, . . .; f0 — F (s);

/& =

0;

А — постоянная.

(405)

 

 

 

Выберем

конический слой

Q ши­

 

риной 2км, окружающий поверхность

 

S 0

и имеющий прямоугольное

сече­

 

ние,

для

которого след S 0 — средняя

линия (рис.

47).

Обозначим

 

 

Q П ®2 =

ffl4(

 

®j \ ^ 0 =

^4’ I

(406)

Q П ®1 =

®з!

 

® з\ “Sg =

I 3- I

 

 

Вследствие гармоничности ик и ѵк

существует такое, См, что

 

 

д2ик

 

1

дъѵк

 

См.

д

п 2 С(к>,) ’

II

d n 2С(со2) <

 

 

 

 

 

 

(407)

для всех ÄjcrM. Тогда

 

 

(р) = «* (р) I? е г, = ф*(р) + ч(р)>

 

 

(408)

где

 

 

 

 

 

 

IMP) ||с (Гз)

k ^ M ’

 

 

 

 

и аналогично

 

 

 

 

 

 

fl (р) = ѵк (р)\р е г. =

(р) + rk (р);

 

 

 

(409)

II rk (Р) ||с (Г 4) ^ A 0hM-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если значения радиальных координат точек Р 0 и Pt

(рис. 47) отделены от

нуля, то вследствие (407) существует км — такое, что области м3 и со4 допускают кусочное спрямление по направлению еф в цилиндрической системе, а решение приближается в метрике С (<в3 (J со4) с точностью бм-

Тогда условия сшивания на границе сопряжения участков спрямления при­ водят благодаря осевой симметрии к тому, что решения на каждом из участков совпадают с решением плоской задачи для бесконечной полосы.

Положим

I

 

knx

,

, „

,,

 

= sin —р

, Ä =

1,-2

......... М,

где X — текущая координата

вдоль

образующей

S 0> причем отсчет ведется от

точки р 0; I — расстояние (р0,

р4).

 

 

 

160


Выполним приближение решения плоской задачи 0% для сечения области ш3

при граничных условиях (408). Если начало декартовой системы координат выбрано в точке р0, то

 

 

 

sh

кя ,,

ч

r,N ,

\

=

( м ~

У) .

U‘l (х,

у)

----------гдт------- sin

 

 

 

 

knh 1»

 

 

 

 

 

sh

 

 

 

 

 

м

 

кях

s h ^

I

X sin

bnk

1

n=1

где

кях

.

k n у

 

, S

/

 

I

+

knh..

X

 

sh -V ^

 

■ ППХ ,

nk!

4

 

+

 

y).

h

t>nk

i

\

 

-Qk (x, A)] sin

 

 

dx.

 

 

{qk(x)-

 

 

 

 

 

 

 

Аналогично для

 

(hMM+'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

± k n

»)y)

 

 

.

«я

у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к

knx

 

VNk (X, у)

 

l

. к я х

,

 

l

 

 

 

T------ Sin —

-1----- j~r-

Sm /

 

 

 

knh ,,

 

 

 

knhM

 

 

sh~

r

 

 

 

sh~ ~ r

 

 

 

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

s h ^

.

nnx

,

n k ,

.

 

 

 

 

I

 

I

 

’"‘ >

T

sinT

^

 

(*’ v)'

 

 

 

s h ___M

 

 

 

 

 

 

 

где Qk (x, y) — полином, гармонический в co3

U ш4 и удовлетворяющий условиям

1)

Qk (Po) =

qk(Pa)\

4) Qk (Pi) = r k (Pi);

 

2)

Qk (Pi) =

9* (Pi);

5) Qk(pa) =

fk (Po);

 

3) <2* з) =

rk (p,);

6 ) Q* (p,) =

/* (Pl).

 

Ввиду непрерывности qk (x, Іім) и гд, (X,

Аді), а также в силу законов спрям­

ления и теоремы главы I можно выбрать такой шаг спрямления и такую точность

гармонического приближения

Vk,

Uk на S 0,

чтобы при этом

 

I

Vif - и äI|C(ü>3) <

 

eAihM

 

 

 

 

48 -)- 1) С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8АХАм

м

 

 

(410)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ѵ ? - ѵ ь

 

 

 

 

 

 

 

fellc«o1) <

48 (A4 -}- 1) Си

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м

 

 

 

где A t — постоянная. Тогда в силу (407)

 

 

 

 

 

 

V ду

э ѵ ? )

(dUk

дѴк \

C(S„) <

8,4jAм

(411)

ду

J

\

дп

ап /

6(М+ 1)'

 

И А. Г. Власов

161


Вследствие (408) и (409), а также ортонормированности -ф* (х), коэффициенты

 

 

\ bkn\>

 

I bkn I < ° 0 AAf>

 

(412)

 

 

 

 

 

где D 0 = max

(Л0, B0); n, k =

1, 2, 3, . . Л4.

 

 

 

Из выражений для 0% и

 

выводим

 

 

 

дѴІ

ди:

 

л

 

knh,.

 

2k

. knx

ду

ду y=0

= - ^ - l

2k cth — г м

+

- кяк

Sin—;-----

 

I

I

l

 

 

 

 

 

 

 

 

sh •

 

 

----- tlTtX

 

s in — -j—

 

 

 

 

X

 

Д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(413)

n=l

Чтобы выполнить условие (402) обязательно соблюдение условия

II

dUM

 

дѴм [I

 

с

е

 

 

 

дп

 

 

ö n

||с ( S 0)

^

3

 

 

Выполним условие

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Af

 

 

 

ди0

 

 

 

 

 

1

 

 

1

+ дѴ°

 

 

 

1

 

с ( S 0) < 6

II

О

ду

\у=о

 

ду

г/=о

=5>1

 

 

 

 

 

A= 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(414)

(415)

dVNk

и

диЫ

М) — непрерывные и антисим-

Поскольку — —

(k = 0, 1, 2,

ду

ду

 

метричные по х функции, то их можно представить в виде ряда Фурье, который сходится равномерно по х и мажорируется рядом

 

 

 

а« = 7й-

 

 

(416)

 

 

 

 

 

 

Учитывая (413), определим с* из системы

 

 

 

 

м

 

 

 

 

 

 

Рм/гС/г •

кя

кщ ukm

ст = амк,

k =

\ , 2 , . . . , M ,

(417)

sh

kjihfyf

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

m= 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PAf* =-y- ^ C t h ^ i

2 /e

 

 

 

knllM

 

 

 

 

 

 

sh

 

 

VMk - t K

du0 (x, C) öu0 (X, 0)

\

клх

 

 

 

dy

) sin

r

 

 

o

 

 

 

 

 

 

162