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Mathematik Begriff Erklärung Laplace-Operator Formel Hilfe Hausaufgabeb
Laplace-Operator

Der Laplace-Operator oder Deltaoperator ? ist in der mehrdimensionalen Analysis ein wichtiger Differentialoperator, der die Summe der reinen zweiten partiellen Ableitungen einer Funktion von mehreren Variablen ermittelt. Er ist benannt nach Pierre-Simon Laplace.


Der Laplace-Operator erscheint beispielsweise in vielen Wellengleichungen und bei der Beschreibung von Diffusionsvorgängen.

Für den Fall von n Variablen ist er definiert als

\Delta=\vec\nabla^2= \sum_{k=1}^n {\partial^2\over \partial x_k^2}.

Dabei ist \vec\nabla der Nabla-Operator. Angewendet auf eine Funktion ? ist auch die Schreibweise

\Delta\varphi = \operatorname{div}\left(\operatorname{grad}\,\varphi\right) = \vec\nabla\left(\vec\nabla\varphi\right)

möglich. Bezüglich div und grad siehe Divergenz und Gradient. Für eine Funktion ?(x,y) von zwei Variablen ergibt sich

\Delta\varphi = \frac{\partial^2 \varphi}{\partial x^2} + \frac{\partial^2 \varphi}{\partial y^2}

und im dreidimensionalen analog

\Delta\varphi = \frac{\partial^2 \varphi}{\partial x^2} + \frac{\partial^2 \varphi}{\partial y^2} + \frac{\partial^2 \varphi}{\partial z^2}.

Für eine Funktion in einer Variablen ergibt die Anwendung des Laplace-Operators die zweite Ableitung.

Der Laplace-Operator tritt beispielsweise in der Laplace-Gleichung

\Delta\varphi = 0

auf. Zweimal stetig differenzierbare Lösungen dieser Gleichung heißen harmonische Funktionen.

Da die Hesse-Matrix die Matrix aller zweiten partiellen Ableitungen ist, ist der Laplace-Operator gerade die Spur der Hesse-Matrix.

Siehe auch: Gradient, Divergenz, Rotation.



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