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	<id>https://wiki-de.moshellshocker.dns64.de/index.php?action=history&amp;feed=atom&amp;title=Bessel-Funktion</id>
	<title>Bessel-Funktion - Versionsgeschichte</title>
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	<updated>2026-06-02T21:35:26Z</updated>
	<subtitle>Versionsgeschichte dieser Seite in Wikipedia (Deutsch) – Lokale Kopie</subtitle>
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		<id>https://wiki-de.moshellshocker.dns64.de/index.php?title=Bessel-Funktion&amp;diff=171925&amp;oldid=prev</id>
		<title>imported&gt;SchlurcherBot: Bot: http → https</title>
		<link rel="alternate" type="text/html" href="https://wiki-de.moshellshocker.dns64.de/index.php?title=Bessel-Funktion&amp;diff=171925&amp;oldid=prev"/>
		<updated>2025-12-14T06:55:41Z</updated>

		<summary type="html">&lt;p&gt;Bot: http → https&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;&lt;b&gt;Neue Seite&lt;/b&gt;&lt;/p&gt;&lt;div&gt;Als &amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;Bessel-Funktionen&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039; bezeichnet man Funktionen, welche Lösungen der &amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;besselschen Differentialgleichung&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039; sind, die eine [[lineare gewöhnliche Differentialgleichung]] zweiter Ordnung ist. Benannt sind die Funktionen und die Gleichung nach dem deutschen Mathematiker [[Friedrich Wilhelm Bessel]]. Die Bessel-Funktionen werden auch &amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;Zylinderfunktionen&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039; genannt.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
== Besselsche Differentialgleichung ==&lt;br /&gt;
Die Besselsche Differentialgleichung ist eine gewöhnliche lineare Differentialgleichung zweiter Ordnung, die durch&lt;br /&gt;
: &amp;lt;math&amp;gt;x^2 \frac{\mathrm d^2 f}{\mathrm dx^2} + x \frac{\mathrm df}{\mathrm dx} + \left(x^2 - \nu^2\right)f = 0&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
definiert ist, wobei &amp;lt;math&amp;gt;x&amp;lt;/math&amp;gt; und &amp;lt;math&amp;gt;\nu&amp;lt;/math&amp;gt; reelle oder komplexe [[Zahl]]en sind. Die Lösungen heißen &amp;#039;&amp;#039;Bessel-Funktionen &amp;lt;math&amp;gt;\nu&amp;lt;/math&amp;gt;-ter Ordnung&amp;#039;&amp;#039;.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Entsprechend ist der Bessel-Operator ein [[Differentialoperator]] zweiter Ordnung. Er ist definiert durch&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;B_\nu := x^2 \frac{\mathrm d^2}{\mathrm dx^2} + x \frac{\mathrm d}{\mathrm dx} + \left(x^2 - \nu^2\right)\, .&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
Mit ihm kann man die Besselsche [[Differentialgleichung]] kurz ausdrücken durch&amp;lt;ref&amp;gt;{{Literatur |Hrsg=Guido Walz |Titel=Bessel-Operator |Sammelwerk=Lexikon der Mathematik |Auflage=1 |Verlag=Spektrum Akademischer Verlag |Ort=Mannheim/Heidelberg |Datum=2000 |ISBN=978-3-8274-0439-8}}&amp;lt;/ref&amp;gt;&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;B_\nu f = 0&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
== Bessel-Funktionen ==&lt;br /&gt;
=== Allgemein ===&lt;br /&gt;
[[Datei:Bessel Functions (1st Kind, n=0,1,2).svg|mini|hochkant=1.3|Die Bessel-Funktionen erster Gattung &amp;lt;math&amp;gt;J_0, J_1&amp;lt;/math&amp;gt; und &amp;lt;math&amp;gt;J_2&amp;lt;/math&amp;gt;]]&lt;br /&gt;
[[Datei:Bessel Functions (2nd Kind, n=0,1,2).svg|mini|hochkant=1.3|Die Bessel-Funktionen zweiter Gattung &amp;lt;math&amp;gt;Y_0, Y_1&amp;lt;/math&amp;gt; und &amp;lt;math&amp;gt;Y_2&amp;lt;/math&amp;gt;]]&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Die Lösungen der Besselschen Differentialgleichung heißen &amp;#039;&amp;#039;Bessel-Funktionen&amp;#039;&amp;#039;. Sie spielen eine wichtige Rolle in der Physik, da die Besselsche Differentialgleichung den radialen Anteil der [[Laplace-Gleichung]] bei zylindrischer [[Symmetrie (Geometrie)|Symmetrie]] darstellt. Auf die Bessel-Funktionen trifft man unter anderem bei der Untersuchung von [[Eigenschwingung]]en einer kreisförmigen [[Schwingungsmembran|Membran]] oder einer Orgelpfeife, der Ausbreitung von Wasserwellen in runden Behältern, der Wärmeleitung in Stäben, der Analyse des Frequenzspektrums [[Frequenzmodulation|frequenzmodulierter]] Signale, der Feldverteilung im Querschnitt von [[Hohlleiter#Rundhohlleiter|Rundhohlleitern]], den stationären Zuständen von Kastenpotentialen, der Leistungsverteilung in [[Kernreaktor]]en, der Intensität von [[Beugungsscheibchen|Lichtbeugung an kreisförmigen Löchern]] sowie bei [[Filter (Elektrotechnik)|Filtern]] in der Elektrotechnik ([[Bessel-Filter]]). Man zählt die Bessel-Funktionen wegen ihrer vielfältigen Anwendungen in der [[Mathematische Physik|mathematischen Physik]] zu den [[Spezielle Funktionen|speziellen Funktionen]].&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Als Differentialgleichung zweiter Ableitungsordnung besitzt die Besselsche Differentialgleichung zwei linear unabhängige [[Lösung (Mathematik)|Lösungen]]. Sie lassen sich in verschiedenen Varianten beschreiben.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
=== {{Anker|Bessel-Funktion erster Gattung}}Bessel-Funktionen erster Gattung: &amp;#039;&amp;#039;J&amp;lt;sub&amp;gt;ν&amp;lt;/sub&amp;gt;&amp;#039;&amp;#039; ===&lt;br /&gt;
Die Bessel-Funktion &amp;lt;math&amp;gt; J_\nu &amp;lt;/math&amp;gt; erster Gattung &amp;lt;math&amp;gt;\nu&amp;lt;/math&amp;gt;-ter Ordnung ist definiert als&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;&lt;br /&gt;
J_\nu(x) = \sum_{r=0}^\infty \frac{(-1)^r \left(\frac{x}{2}\right)^{2r+\nu}}{\Gamma(\nu+r+1)r!} \,&lt;br /&gt;
&amp;lt;/math&amp;gt;,&lt;br /&gt;
wobei &amp;lt;math&amp;gt;\Gamma(\cdot)&amp;lt;/math&amp;gt; die [[Gammafunktion]] ist. Im Ursprung (&amp;lt;math&amp;gt;x=0&amp;lt;/math&amp;gt;) sind diese Funktionen für ganzzahlige &amp;lt;math&amp;gt;\nu&amp;lt;/math&amp;gt; endlich.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Für nicht-ganzzahlige &amp;lt;math&amp;gt;\nu&amp;lt;/math&amp;gt; sind &amp;lt;math&amp;gt;J_\nu&amp;lt;/math&amp;gt; und &amp;lt;math&amp;gt;J_{-\nu}&amp;lt;/math&amp;gt; linear unabhängige Lösungen.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Für [[ganzzahlig]]e &amp;lt;math&amp;gt;\nu&amp;lt;/math&amp;gt; gilt die Beziehung&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;J_{-\nu}(x) = (-1)^\nu J_\nu(x) = J_\nu(-x)\,&amp;lt;/math&amp;gt;.&lt;br /&gt;
In diesem Fall ist die zweite unabhängige Lösung die Bessel-Funktion zweiter Gattung, die weiter unten diskutiert wird.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
==== Integraldarstellungen ====&lt;br /&gt;
Für ganzzahlige &amp;lt;math&amp;gt;\nu&amp;lt;/math&amp;gt; kann man die Bessel-Funktion erster Gattung auch als Integral darstellen:&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;&lt;br /&gt;
J_{\nu}(x) = \frac{1}{\pi} \int_{0}^{\pi} \bigl( \cos(\nu \,\varphi) \cos\bigl[x \sin(\varphi)\bigr] + \sin(\nu \,\varphi) \sin\bigl[x \sin(\varphi)\bigr] \bigr) \,\mathrm{d}\varphi&lt;br /&gt;
&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
Mit dem Additionstheorem der Kosinusfunktion kann dann noch folgende Vereinfachung vorgenommen werden:&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;&lt;br /&gt;
\begin{align}&lt;br /&gt;
J_\nu (x) &amp;amp;= \frac{1}{\pi} \int_0^\pi \cos (x \sin \varphi - \nu \varphi) \,\mathrm d \varphi\\&lt;br /&gt;
        &amp;amp;= \frac{1}{2 \pi} \int_{-\pi}^\pi e^{\mathrm{i}\,(x \sin \varphi - \nu \varphi)} \,\mathrm d \varphi \,.&lt;br /&gt;
\end{align}&lt;br /&gt;
&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
Damit ist &amp;lt;math&amp;gt;J_\nu(x)&amp;lt;/math&amp;gt; der &amp;lt;math&amp;gt;\nu&amp;lt;/math&amp;gt;-te [[Fourier-Koeffizient]] der Funktion &amp;lt;math&amp;gt;\varphi \mapsto e^{ix\sin \varphi}&amp;lt;/math&amp;gt;.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Exemplarisch wird im Folgenden die Bessel-Funktion &amp;lt;math&amp;gt; J_0 &amp;lt;/math&amp;gt; dargestellt:&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;J_{0}(x) = \sum_{n = 0}^{\infty} \frac{(-1)^{n} x^{2n}}{4^{n} (n!)^2} = \int_{0}^{\pi} \frac{1}{\pi} \cos\bigl[x\sin(y)\bigr] \,\mathrm{d}y = \int_{0}^{1} \frac{2\cos(xz)}{\pi \sqrt{1 - z^2}} \,\mathrm{d}z&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
==== Hypergeometrische Funktion ====&lt;br /&gt;
Die Bessel-Funktion erster Gattung kann durch die [[verallgemeinerte hypergeometrische Funktion]] ausgedrückt werden:&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;J_\nu(x)=\frac{(x/2)^\nu}{\Gamma(\nu+1)}  \;_0F_1 (; \nu+1; -x^2/4).&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
Dieser Ausdruck hängt mit der Entwicklung der Bessel-Funktion in Abhängigkeit zur [[Bessel-Clifford-Funktion]] zusammen.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
=== {{Anker|Bessel-Funktion zweiter Gattung}}Bessel-Funktionen zweiter Gattung: &amp;#039;&amp;#039;Y&amp;lt;sub&amp;gt;ν&amp;lt;/sub&amp;gt;&amp;#039;&amp;#039; ===&lt;br /&gt;
Auch die Bessel-Funktionen zweiter Gattung &amp;lt;math&amp;gt;Y_\nu(x)&amp;lt;/math&amp;gt; (auch [[Wilhelm Eduard Weber|Weber]]-Funktionen oder [[Carl Gottfried Neumann|Neumann]]-Funktionen genannt) lösen die Besselsche Differentialgleichung. Eine alternative Bezeichnung ist &amp;lt;math&amp;gt;N_\nu(x)&amp;lt;/math&amp;gt;. Für nicht-ganzzahlige &amp;lt;math&amp;gt;\nu&amp;lt;/math&amp;gt; kann man die &amp;lt;math&amp;gt;Y_\nu(x)&amp;lt;/math&amp;gt; definieren durch&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;Y_\nu(x) = \frac{J_\nu(x) \cos(\nu\pi) - J_{-\nu}(x)}{\sin(\nu\pi)}.&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
Für ganzzahlige &amp;lt;math&amp;gt;n&amp;lt;/math&amp;gt; ist die durch den Grenzübergang &amp;lt;math&amp;gt;\nu \rightarrow n&amp;lt;/math&amp;gt; gebildete [[Funktion (Mathematik)|Funktion]]&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;Y_n(x) = \lim_{\nu\to n} Y_\nu(x)&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
weiterhin eine Lösung der Besselschen Differentialgleichung.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Wie für die Bessel-Funktionen erster Gattung gilt auch für die Besselfunktionen zweiter Gattung folgende Beziehung:&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;Y_{-n}(x) = (-1)^n Y_n(x)&amp;lt;/math&amp;gt;.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Nach Ausführung des Grenzüberganges mit der [[Regel von de L’Hospital]] ergibt sich&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;Y_n(x) =\frac1{\pi}\left[{\operatorname{d}\over\operatorname{d}\!\nu}J_\nu(x)\Big|_{\nu = n} + (-1)^n {\operatorname{d}\over\operatorname{d}\!\nu}J_\nu(x)\Big|_{\nu = -n}\right]&lt;br /&gt;
.&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Explizit findet man&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;&lt;br /&gt;
Y_n(x) =\, \frac2{\pi}\left(\gamma+\ln\frac{x}2\right)J_n(x)&lt;br /&gt;
 - \frac1{\pi}\sum_{k=0}^{n-1}\frac{(n-k-1)!}{k!}\left(\frac{x}2\right)^{2k-n} - \frac1{\pi}\sum_{k=0}^{\infty}(-1)^k\frac{H_k+H_{k+n}}{k!(n+k)!}\left(\frac{x}2\right)^{2k+n}&lt;br /&gt;
&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
für &amp;lt;math&amp;gt;n \in \mathbb{N}_0&amp;lt;/math&amp;gt;. Hierbei ist &amp;lt;math&amp;gt;\gamma&amp;lt;/math&amp;gt; die [[Euler-Mascheroni-Konstante]] und &amp;lt;math&amp;gt;H_n&amp;lt;/math&amp;gt; die &amp;lt;math&amp;gt;n&amp;lt;/math&amp;gt;-te [[harmonische Reihe|harmonische Zahl]].&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Die Bessel-Funktionen zweiter Gattung haben also bei &amp;lt;math&amp;gt;x = 0&amp;lt;/math&amp;gt; eine logarithmische Singularität und einen Pol &amp;lt;math&amp;gt;n&amp;lt;/math&amp;gt;-ter Ordnung.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Für alle &amp;lt;math&amp;gt;\nu&amp;lt;/math&amp;gt; ist neben der Bessel-Funktion erster Gattung &amp;lt;math&amp;gt;J_\nu&amp;lt;/math&amp;gt; die Bessel-Funktion zweiter Gattung &amp;lt;math&amp;gt;Y_\nu&amp;lt;/math&amp;gt; eine zweite, linear unabhängige Lösung.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
=== {{Anker|Bessel-Funktion dritter Gattung}}Bessel-Funktionen dritter Gattung: &amp;#039;&amp;#039;H&amp;lt;sub&amp;gt;ν&amp;lt;/sub&amp;gt;&amp;lt;sup&amp;gt;(1)&amp;lt;/sup&amp;gt;, H&amp;lt;sub&amp;gt;ν&amp;lt;/sub&amp;gt;&amp;lt;sup&amp;gt;(2)&amp;lt;/sup&amp;gt;&amp;#039;&amp;#039; ===&lt;br /&gt;
Die Bessel-Funktionen dritter Gattung &amp;lt;math&amp;gt;H_\nu^{(1)}&amp;lt;/math&amp;gt;, &amp;lt;math&amp;gt;H_\nu^{(2)}&amp;lt;/math&amp;gt; (auch bekannt als [[Hermann Hankel|Hankel]]-Funktionen) sind Linearkombinationen der Bessel-Funktionen erster und zweiter Gattung&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;\begin{align}&lt;br /&gt;
H_\nu^{(1)}(x) &amp;amp;= J_\nu(x) + \mathrm i \cdot Y_\nu(x)\,,\\&lt;br /&gt;
H_\nu^{(2)}(x) &amp;amp;= J_\nu(x) - \mathrm i \cdot Y_\nu(x)\,,&lt;br /&gt;
\end{align}&lt;br /&gt;
&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
wobei &amp;lt;math&amp;gt;\mathrm i&amp;lt;/math&amp;gt; die [[imaginäre Einheit]] bezeichnet. Auch diese beiden Funktionen sind linear unabhängige Lösungen der Besselschen Differentialgleichung.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
=== Eigenschaften ===&lt;br /&gt;
==== Beziehungen von Ordnungen einer Gattung ====&lt;br /&gt;
* Für die Bessel-Funktionen &amp;lt;math&amp;gt;J_\nu&amp;lt;/math&amp;gt;, &amp;lt;math&amp;gt;Y_\nu&amp;lt;/math&amp;gt;, &amp;lt;math&amp;gt;H_\nu^{(1)}&amp;lt;/math&amp;gt; und &amp;lt;math&amp;gt;H_\nu^{(2)}&amp;lt;/math&amp;gt; gelten die [[Rekursion]]sbeziehungen:&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;\frac{\nu}{x} \Omega_\nu = \frac{1}{2}(\Omega_{\nu-1} + \Omega_{\nu+1}) &amp;lt;/math&amp;gt;,&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt; \frac{{\rm d}}{{\rm d}x}\Omega_\nu = \frac{1}{2}(\Omega_{\nu-1} - \Omega_{\nu+1}) &amp;lt;/math&amp;gt;.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
* Für &amp;lt;math&amp;gt;x \in \R&amp;lt;/math&amp;gt; gilt &amp;lt;math&amp;gt; \sum_{n=-\infty}^\infty J_n(x)^2 = 1 &amp;lt;/math&amp;gt;.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
* Für &amp;lt;math&amp;gt;n \in \N &amp;lt;/math&amp;gt; gilt &amp;lt;math&amp;gt; \left(-\frac{1}{x}\frac{{\rm d}}{{\rm d}x}\right)^n J_0(x) = \frac{J_n(x)}{x^n} &amp;lt;/math&amp;gt;.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
==== Asymptotisches Verhalten ====&lt;br /&gt;
Seien &amp;lt;math&amp;gt;x,\nu \in \R, \nu\geq 0&amp;lt;/math&amp;gt;, dann gelten für &amp;lt;math&amp;gt;0 &amp;lt; x \ll \sqrt{\nu+1}&amp;lt;/math&amp;gt; die asymptotischen Darstellungen&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;&lt;br /&gt;
 \begin{align}&lt;br /&gt;
 J_\nu(x) &amp;amp;\approx \frac{1}{\Gamma(\nu+1)}\left(\frac{x}{2}\right)^\nu \\&lt;br /&gt;
 Y_\nu(x) &amp;amp;\approx \begin{cases}&lt;br /&gt;
  \frac{2}{\pi} \left( \ln \left(\frac{x}{2}\right) + \gamma \right)  &amp;amp; \text{wenn } \nu=0 \\ \\&lt;br /&gt;
  -\frac{\Gamma(\nu)}{\pi} \left( \frac{2}{x} \right)^\nu &amp;amp; \text{wenn } \nu &amp;gt; 0.&lt;br /&gt;
 \end{cases}&lt;br /&gt;
 \end{align}&lt;br /&gt;
&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Für große Argumente &amp;lt;math&amp;gt;x\gg|\nu^2 - 1/4|&amp;lt;/math&amp;gt; findet man&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;&lt;br /&gt;
\begin{align}&lt;br /&gt;
 J_\nu(x) &amp;amp;\approx \sqrt{\frac{2}{\pi x}} \cos \left( x-\frac{\nu\pi}{2} - \frac{\pi}{4} \right) \\&lt;br /&gt;
 Y_\nu(x) &amp;amp;\approx \sqrt{\frac{2}{\pi x}} \sin \left( x-\frac{\nu\pi}{2} - \frac{\pi}{4} \right).&lt;br /&gt;
\end{align}&lt;br /&gt;
&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Diese Formeln sind für &amp;lt;math&amp;gt;\nu=1/2&amp;lt;/math&amp;gt; exakt. Vergleiche hierfür mit den sphärischen Besselfunktionen weiter unten.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
== {{Anker|Modifikation}} Modifizierte Bessel-Funktionen: &amp;#039;&amp;#039;I&amp;lt;sub&amp;gt;ν&amp;lt;/sub&amp;gt;, K&amp;lt;sub&amp;gt;ν&amp;lt;/sub&amp;gt;&amp;#039;&amp;#039; ==&lt;br /&gt;
[[Datei:BesselI Functions (1st Kind, n=0,1,2,3).svg|mini|hochkant=1.3|Die modifizierten Bessel-Funktionen erster Gattung für &amp;lt;math&amp;gt;I_0, I_1, I_2&amp;lt;/math&amp;gt; und &amp;lt;math&amp;gt;I_3&amp;lt;/math&amp;gt;]]&lt;br /&gt;
[[Datei:BesselK Functions (n=0,1,2,3).svg|mini|hochkant=1.3|Die modifizierten Bessel-Funktionen zweiter Gattung für &amp;lt;math&amp;gt;K_0, K_1, K_2&amp;lt;/math&amp;gt; und &amp;lt;math&amp;gt;K_3&amp;lt;/math&amp;gt;]]&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Die Differentialgleichung&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt; x^2 \frac{\mathrm d^2 f}{\mathrm dx^2} + x \frac{\mathrm d f}{\mathrm dx} - (x^2 + \nu^2)f = 0 &amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
wird durch Bessel-Funktionen mit rein imaginärem Argument gelöst. Man definiert für ihre Lösung normalerweise die &amp;#039;&amp;#039;modifizierten Bessel-Funktionen&amp;#039;&amp;#039;&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;&lt;br /&gt;
I_\nu(x) = i^{-\nu} J_\nu(ix)=\sum_{r=0}^\infty \frac{(\frac{x}{2})^{2r+\nu}}{\Gamma(r+\nu+1)r!}&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;&lt;br /&gt;
I_{\nu}(x) = \frac{1}{\pi} \int_{0}^{\pi} \cos(\nu \,\varphi) \cosh\bigl[x \sin(\varphi)\bigr] - \sin(\nu \,\varphi) \sinh\bigl[x \sin(\varphi)\bigr] \,\mathrm{d}\varphi&lt;br /&gt;
&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
und&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;&lt;br /&gt;
\begin{align}&lt;br /&gt;
K_\nu(x) = \frac{\pi}{2} \frac{I_{-\nu} (x) - I_\nu (x)}{\sin (\nu \pi)} = \frac{\pi}{2} i^{\nu+1} H_\nu^{(1)}(ix)= \frac{\pi}{2} (-i)^{\nu+1} H_\nu^{(2)}(-ix).&lt;br /&gt;
\end{align}&lt;br /&gt;
&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
{{Anker|MacDonald}}Die Funktion &amp;lt;math&amp;gt;K_\nu(x)&amp;lt;/math&amp;gt; ist auch als &amp;#039;&amp;#039;MacDonald-Funktion&amp;#039;&amp;#039; bekannt. Anders als die „normalen“ Besselfunktionen weisen die modifizierten Besselfunktionen kein oszillierendes, sondern ein exponentielles Verhalten auf.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Exemplarisch wird im Folgenden Bessel-Funktionen &amp;lt;math&amp;gt; I_0 &amp;lt;/math&amp;gt; dargestellt:&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;I_{0}(x) = \sum_{n = 0}^{\infty} \frac{x^{2n}}{4^{n} (n!)^2} = \int_{0}^{\pi} \frac{1}{\pi} \cosh\bigl[x\sin(y)\bigr] \,\mathrm{d}y = \int_{0}^{1} \frac{2\cosh(xz)}{\pi \sqrt{1 - z^2}} \,\mathrm{d}z&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
=== Airysche Integrale ===&lt;br /&gt;
Für die Funktionen &amp;lt;math&amp;gt;K_{1/3}&amp;lt;/math&amp;gt; und &amp;lt;math&amp;gt;K_{2/3}&amp;lt;/math&amp;gt; kann man eine Integraldarstellung angeben&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt; \begin{align}&lt;br /&gt;
K_{1/3}(x) &amp;amp;= \sqrt{3} \int_0^\infty \cos\left(\frac{3}{2}x\left(u + \frac{u^3}{3}\right)\right) \mathrm du \\&lt;br /&gt;
K_{2/3}(x) &amp;amp;= \sqrt{3} \int_0^\infty u \sin\left(\frac{3}{2}x\left(u + \frac{u^3}{3}\right)\right) \mathrm du&lt;br /&gt;
\end{align}&lt;br /&gt;
&amp;lt;/math&amp;gt;.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
=== Hypergeometrische Funktion ===&lt;br /&gt;
Auch die modifizierte Bessel-Funktion erster Gattung kann durch eine [[verallgemeinerte hypergeometrische Funktion]] ausgedrückt werden:&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;I_\nu(x)=\frac{(x/2)^\nu}{\Gamma(\nu+1)}  \;_0F_1 (\nu+1; x^2/4)&amp;lt;/math&amp;gt;.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
=== Beziehungen von Ordnungen einer Gattung ===&lt;br /&gt;
* Für die Bessel-Funktionen &amp;lt;math&amp;gt;K_\nu&amp;lt;/math&amp;gt; und &amp;lt;math&amp;gt;I_\nu&amp;lt;/math&amp;gt; gelten die [[Rekursion]]sbeziehungen:&lt;br /&gt;
: &amp;lt;math&amp;gt;\frac{\nu}{x} K_{\nu} = - \frac{1}{2} \left(K_{\nu-1} - K_{\nu+1}\right)&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
: &amp;lt;math&amp;gt;\frac{\nu}{x} I_{\nu} = \frac{1}{2} \left(I_{\nu-1} - I_{\nu+1}\right)&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
: &amp;lt;math&amp;gt; \frac{{\rm d}}{{\rm d}x}K_\nu = - \frac{1}{2}(K_{\nu-1} + K_{\nu+1}) &amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
: &amp;lt;math&amp;gt; \frac{{\rm d}}{{\rm d}x}I_\nu = \frac{1}{2}(I_{\nu-1} + I_{\nu+1}) &amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
=== Asymptotisches Verhalten ===&lt;br /&gt;
Wir nehmen wieder an, dass &amp;lt;math&amp;gt;\nu&amp;lt;/math&amp;gt; reell und nicht-negativ ist. Für kleine Argumente &amp;lt;math&amp;gt;0 &amp;lt; x \ll \sqrt{\nu+1}&amp;lt;/math&amp;gt; findet man&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;\begin{align}&lt;br /&gt;
 I_\nu(x) &amp;amp;\approx \frac{1}{\Gamma(\nu+1)}\left(\frac{x}{2}\right)^\nu \\ \\&lt;br /&gt;
 K_\nu(x) &amp;amp;\approx \begin{cases}&lt;br /&gt;
  -\left( \ln \left(\frac{x}{2}\right) + \gamma \right)  &amp;amp; \text{wenn } \nu=0 \\ \\&lt;br /&gt;
  \frac{\Gamma(\nu)}{2} \left( \frac{2}{x} \right)^\nu &amp;amp; \text{wenn } \nu &amp;gt; 0 \, .&lt;br /&gt;
 \end{cases}&lt;br /&gt;
\end{align}&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Für große Argumente &amp;lt;math&amp;gt;x\gg|\nu^2 - 1/4|&amp;lt;/math&amp;gt; erhält man&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;\begin{align}&lt;br /&gt;
 I_\nu(x) &amp;amp;\approx \frac{1}{\sqrt{2\pi x}} e^x \left(1+\mathcal{O}\left(\frac{1}{x}\right)\right) \\ \\&lt;br /&gt;
 K_\nu(x) &amp;amp;\approx \sqrt{\frac{\pi}{2 x}} e^{-x} \left(1+\mathcal{O}\left(\frac{1}{x}\right)\right) \, .&lt;br /&gt;
\end{align}&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
== Sphärische Besselfunktionen: &amp;#039;&amp;#039;j&amp;lt;sub&amp;gt;μ&amp;lt;/sub&amp;gt;, y&amp;lt;sub&amp;gt;μ&amp;lt;/sub&amp;gt;, h&amp;lt;sub&amp;gt;μ&amp;lt;/sub&amp;gt;&amp;lt;sup&amp;gt;(1,2)&amp;lt;/sup&amp;gt;&amp;#039;&amp;#039; ==&lt;br /&gt;
Die [[Helmholtz-Gleichung]] in [[Kugelkoordinaten]] führt nach Separation der Variablen auf die Radialgleichung&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;x^2 \frac{\mathrm d^2 f_\mu(x)}{\mathrm dx^2} + 2x \frac{\mathrm df_\mu(x)}{\mathrm dx} + [x^2 - \mu(\mu+1)]f_\mu(x) = 0&amp;lt;/math&amp;gt;.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Nach der Substitution&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;f_\mu(x)=\frac{1}{\sqrt{x}} u_\mu(x)&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
erhält man die Besselsche Differentialgleichung &amp;lt;math&amp;gt;(\nu=\mu+1/2)&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;x^2 \frac{\mathrm d^2 u_\mu(x)}{\mathrm dx^2} + x \frac{\mathrm du_\mu(x)}{\mathrm dx} + \left[x^2 - \left(\mu+\frac{1}{2}\right)^2\right]u_\mu(x) = 0&amp;lt;/math&amp;gt;.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Für die Lösung &amp;lt;math&amp;gt;f_\mu(x)&amp;lt;/math&amp;gt; der Radialgleichung werden üblicherweise die sphärischen Bessel-Funktionen &amp;lt;math&amp;gt;j_\mu(x)&amp;lt;/math&amp;gt;, die sphärischen Neumann-Funktionen &amp;lt;math&amp;gt;y_\mu(x)=n_\mu(x)&amp;lt;/math&amp;gt; und die sphärischen Hankel-Funktionen &amp;lt;math&amp;gt;h_\mu^{(1,2)}(x)&amp;lt;/math&amp;gt; definiert:&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;\begin{align}&lt;br /&gt;
&amp;amp; j_\mu(x) \quad = \sqrt{\frac{\pi}{2x}} J_{\mu+1/2}(x) \\&lt;br /&gt;
&amp;amp; y_\mu(x) \quad = \sqrt{\frac{\pi}{2x}} Y_{\mu+1/2}(x) \\&lt;br /&gt;
&amp;amp; h_\mu^{(1,2)}(x)  = \sqrt{\frac{\pi}{2x}} H_{\mu+1/2}^{(1,2)} = j_\mu(x)\pm i y_\mu(x)&lt;br /&gt;
\end{align}&lt;br /&gt;
&amp;lt;/math&amp;gt;.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
&amp;lt;!-- Sowohl &amp;lt;math&amp;gt;j_\mu(x)&amp;lt;/math&amp;gt; und &amp;lt;math&amp;gt;y_\mu(x)&amp;lt;/math&amp;gt; als auch &amp;lt;math&amp;gt;h_\mu^{(1,2)}(x)&amp;lt;/math&amp;gt; sind linear unabhängige Lösungen.&lt;br /&gt;
Anmerkung: das geht wohl nicht für eine DGl. 2. Ordnung, ev. sind je zwei von davon lin. unabh.? --&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Es gelten die alternativen Darstellungen für &amp;lt;math&amp;gt;m \in \N &amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
: &amp;lt;math&amp;gt;\begin{align}&lt;br /&gt;
&amp;amp; j_m(x) \quad = (-x)^m \left(\frac{1}{x}\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\right)^m \  \frac{\sin x}{x}\\&lt;br /&gt;
&amp;amp; y_m(x) \quad = -(-x)^m \left(\frac{1}{x}\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\right)^m \  \frac{\cos x}{x} \\&lt;br /&gt;
&amp;amp; h_m^{(1,2)} (x) = \mp i (-x)^m \left(\frac{1}{x} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\right)^m \frac{e^{\pm i x}}{x}\\&lt;br /&gt;
\end{align}&lt;br /&gt;
&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Die sphärischen Bessel- und Hankelfunktionen werden beispielsweise für die Behandlung des kugelsymmetrischen Potentialtopfs in der [[Quantenmechanik]] benötigt.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
=== Eigenschaften ===&lt;br /&gt;
* Für die sphärischen Bessel-Funktionen &amp;lt;math&amp;gt;j_\mu&amp;lt;/math&amp;gt;, &amp;lt;math&amp;gt;y_\mu&amp;lt;/math&amp;gt;, &amp;lt;math&amp;gt;h_\mu^{(1)}&amp;lt;/math&amp;gt; und &amp;lt;math&amp;gt;h_\mu^{(2)}&amp;lt;/math&amp;gt; gelten die [[Rekursion]]sbeziehungen:&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;\begin{align}&lt;br /&gt;
&amp;amp; \frac{2\mu+1}{x} \omega_\mu(x) \; \, = \omega_{\mu-1}(x) + \omega_{\mu+1}(x) \\&lt;br /&gt;
&amp;amp; (2\mu+1)\omega&amp;#039;_\mu(x) \, = \mu\omega_{\mu-1}(x)-(\mu+1)\omega_{\mu+1}(x) \\&lt;br /&gt;
&amp;amp; \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}(x \omega_\mu(x)) \quad = x\omega_{\mu-1}(x) - \mu \omega_\mu(x)&lt;br /&gt;
\end{align}&amp;lt;/math&amp;gt;.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
* Für die [[Wronski-Determinante]] gilt&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt; W(j_\mu, y_\mu) = \frac{1}{i} W(j_\mu,h_\mu^{(1)}) = - W(y_\mu, h_\mu^{(1)}) = \frac{1}{x^2} &amp;lt;/math&amp;gt;.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
== Hankel-Transformation ==&lt;br /&gt;
{{Hauptartikel|Hankel-Transformation}}&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Die Hankel-Transformation ist eine [[Integraltransformation]], die eng mit der [[Fourier-Transformation]] verwandt ist. Der [[Integralkern]] der Hankel-Transformation ist die Bessel-Funktion erster Gattung &amp;lt;math&amp;gt;J_n&amp;lt;/math&amp;gt;, das heißt, der Integraloperator lautet:&lt;br /&gt;
:&amp;lt;math&amp;gt;H_n[f](s) = \int_0^\infty J_n(t s) t f(t) \mathrm{d} t&amp;lt;/math&amp;gt;.&lt;br /&gt;
Eine besondere Eigenschaft der Hankel-Transformation ist, dass mit ihr der Bessel-Operator in einen algebraischen Ausdruck (eine Multiplikation) überführt werden kann.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
== Geschichte ==&lt;br /&gt;
Bessel-Funktionen wurden von Bessel 1824 ausführlich behandelt,&amp;lt;ref&amp;gt;Friedrich Wilhelm Bessel: [https://archive.org/details/bub_gb_Un4EAAAAYAAJ/page/n121 &amp;#039;&amp;#039;Untersuchung des Theils der planetarischen Störungen, welcher aus der Bewegung der Sonne entsteht.&amp;#039;&amp;#039;] In: Abhandlungen der Berliner Akademie der Wissenschaften 1824, Math. Classe, S.&amp;amp;nbsp;1–52, Berlin 1826.&amp;lt;/ref&amp;gt; tauchten aber auch schon vorher bei speziellen physikalischen Problemen auf, zum Beispiel bei [[Daniel Bernoulli]] (Schwingung schwerer Ketten 1738), [[Leonhard Euler]] (Membranschwingung 1764), in der [[Himmelsmechanik]] bei [[Joseph-Louis Lagrange]] (1770) und bei [[Pierre-Simon Laplace]], in der Wärmeleitung bei [[Joseph Fourier]] (Wärmeausbreitung im Zylinder 1822) und [[Siméon Denis Poisson]] (1823).&amp;lt;ref&amp;gt;Jacques Dutka: &amp;#039;&amp;#039;On the early history of Bessel functions.&amp;#039;&amp;#039; In: &amp;#039;&amp;#039;[[Archive for History of Exact Sciences]].&amp;#039;&amp;#039; Band 49, 1995, S. 105–134.&amp;lt;/ref&amp;gt;&amp;lt;ref&amp;gt;G. N. Watson: &amp;#039;&amp;#039;Theory of Bessel Functions.&amp;#039;&amp;#039; Cambridge University Press, 1944, Kapitel 1 (zur Geschichte).&amp;lt;/ref&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
== Literatur ==&lt;br /&gt;
* [[Milton Abramowitz]], [[Irene Stegun]]: &amp;#039;&amp;#039;Handbook of Mathematical Functions.&amp;#039;&amp;#039; Dover, New York 1972, [https://www.math.sfu.ca/~cbm/aands/page_355.htm S. 355].&lt;br /&gt;
* J. H. Graf, E. Gubler: &amp;#039;&amp;#039;Einleitung in die Theorie der Bessel’schen Funktionen.&amp;#039;&amp;#039; [http://resolver.library.cornell.edu/math/1927697 Erster Band] [https://resolver.library.cornell.edu/math/1927697a Zweiter Band]. K. J. Wyss, Bern 1900&lt;br /&gt;
* [[Carl Gottfried Neumann]]: &amp;#039;&amp;#039;Theorie der Besselschen Funktionen, ein Analogon zur Theorie der Kugelfunktionen.&amp;#039;&amp;#039; B. G. Teubner, Leipzig 1867.&lt;br /&gt;
* [[Paul Schafheitlin]] &amp;#039;&amp;#039;[http://www.archive.org/details/dietheoriederbes027703mbp Die Theorie der Besselschen Funktionen].&amp;#039;&amp;#039; B. G. Teubner, Leipzig 1908.&lt;br /&gt;
* [[G. N. Watson]] &amp;#039;&amp;#039;A Treatise on the Theory of Bessel functions&amp;#039;&amp;#039;, Cambridge University Press 1922, 1944, [https://archive.org/details/treatiseontheory00watsuoft Archive]&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Besselfunktionen werden in vielen Lehrbüchern der Theoretischen Physik behandelt z.&amp;amp;nbsp;B.:&lt;br /&gt;
* [[John David Jackson (Physiker)|John David Jackson]]: &amp;#039;&amp;#039;Classical Electrodynamics.&amp;#039;&amp;#039; John Wiley, New York NY 1962 (3. edition. ebenda 1999, ISBN 0-471-30932-X; deutsch: 4. überarbeitete Auflage. de Gruyter, Berlin u.&amp;amp;nbsp;a. 2006, ISBN 3-11-018970-4).&lt;br /&gt;
* Wolfgang Nolting: &amp;#039;&amp;#039;Grundkurs Theoretische Physik 5/2. Quantenmechanik – Methoden und Anwendungen&amp;#039;&amp;#039;, 6. Auflage, Springer-Lehrbuch, 2006, ISBN 978-3-540-26035-6&lt;br /&gt;
* [[Arnold Sommerfeld]] &amp;#039;&amp;#039;Vorlesungen über Theoretische Physik&amp;#039;&amp;#039;, Band 6: &amp;#039;&amp;#039;Partielle Differentialgleichungen der Physik&amp;#039;&amp;#039;, Harri Deutsch 1992, ISBN 3-87144-379-4.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
== Einzelnachweise ==&lt;br /&gt;
&amp;lt;references /&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
== Weblinks ==&lt;br /&gt;
* {{MathWorld | title = Bessel Differential Equation | id = BesselDifferentialEquation}}&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
[[Kategorie:Gewöhnliche Differentialgleichung]]&lt;br /&gt;
[[Kategorie:Friedrich Wilhelm Bessel als Namensgeber]]&lt;/div&gt;</summary>
		<author><name>imported&gt;SchlurcherBot</name></author>
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