2.2. Решение уравнения Лапласа для случая, когда правая часть уравнения представляет собой рациональную дробь.
Пусть рассматриваемое уравнение имеет вид:
где
полиномы от
причем степень числителя ниже степени знаменателя. Таким образом:
Предположим, кроме того, что уравнение
имеет только простые корни, т. е.
где
корень уравнения (2).
В этом случае, как известно, рациональная дробь
может быть разложена на простейшие дроби, т. е. можно написать:
или
где
постоянные коэффициенты.
Эти коэффициенты определяются следующим образом. Умножив обе части равенства (3) на
получим:
Положим теперь
равным
после чего в правой части равенства второе слагаемое, содержащее множитель
обратится в нуль. В левой части равенства мы получим неопределенность, так как
обращается в нуль при
Раскрывая эту неопределенность по формуле Лопиталя, найдем
где
— производная взятая при значении
Совершенно аналогично можем определить
Таким образом, можем написать:
причем
Разложение рассматриваемой дроби на простейшие теперь приобретает следующий вид:
Прямой подстановкой легко убедиться, что интегральному уравнению
удовлетворяет функция
Таким образом, нам удалось представить правую часть интегрального уравнения (1) в виде суммы функций от
причем для каждого слагаемого мы можем сразу написать решение соответствующего ему уравнения.
Воспользовавшись изложенными выше [2.1] свойствами решений уравнения Лапласа, можем написать:
Эта формула дает решение поставленной задачи, и мы будем в дальнейшем ею пользоваться. Формула (4) была известна №. Ващенко-Захарченко еще в 1862 г.