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	<title>PGE/PoissonOrigin - Revision history</title>
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	<subtitle>Revision history for this page on the wiki</subtitle>
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		<id>https://selfgravitatingfluids.education/JETohline/index.php?title=PGE/PoissonOrigin&amp;diff=11&amp;oldid=prev</id>
		<title>Joel2: Created page with &quot;__FORCETOC__ &lt;!-- will force the creation of a Table of Contents --&gt; &lt;!-- __NOTOC__ will force TOC off --&gt; =Origin of the Poisson Equation= {| class=&quot;PGEclass&quot; style=&quot;float:left; margin-right: 20px; border-style: solid; border-width: 3px border-color: black&quot; |-  ! style=&quot;height: 125px; width: 125px; background-color:white;&quot; | &lt;font size=&quot;-1&quot;&gt;&lt;b&gt;Poisson&lt;/b&gt;&lt;/font&gt; |}  We will follow closely the presentation found in &amp;sect;2.1 of [&lt;b&gt;Appendix/...&quot;</title>
		<link rel="alternate" type="text/html" href="https://selfgravitatingfluids.education/JETohline/index.php?title=PGE/PoissonOrigin&amp;diff=11&amp;oldid=prev"/>
		<updated>2023-12-11T18:56:55Z</updated>

		<summary type="html">&lt;p&gt;Created page with &amp;quot;__FORCETOC__ &amp;lt;!-- will force the creation of a Table of Contents --&amp;gt; &amp;lt;!-- __NOTOC__ will force TOC off --&amp;gt; =Origin of the Poisson Equation= {| class=&amp;quot;PGEclass&amp;quot; style=&amp;quot;float:left; margin-right: 20px; border-style: solid; border-width: 3px border-color: black&amp;quot; |-  ! style=&amp;quot;height: 125px; width: 125px; background-color:white;&amp;quot; | &amp;lt;font size=&amp;quot;-1&amp;quot;&amp;gt;&lt;a href=&quot;/JETohline/index.php/H_BookTiledMenu#Context&quot; title=&quot;H BookTiledMenu&quot;&gt;&amp;lt;b&amp;gt;Poisson&amp;lt;/b&amp;gt;&lt;/a&gt;&amp;lt;/font&amp;gt; |}  We will follow closely the presentation found in §2.1 of [&amp;lt;b&amp;gt;Appendix/...&amp;quot;&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;&lt;b&gt;New page&lt;/b&gt;&lt;/p&gt;&lt;div&gt;__FORCETOC__ &amp;lt;!-- will force the creation of a Table of Contents --&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;!-- __NOTOC__ will force TOC off --&amp;gt;&lt;br /&gt;
=Origin of the Poisson Equation=&lt;br /&gt;
{| class=&amp;quot;PGEclass&amp;quot; style=&amp;quot;float:left; margin-right: 20px; border-style: solid; border-width: 3px border-color: black&amp;quot;&lt;br /&gt;
|- &lt;br /&gt;
! style=&amp;quot;height: 125px; width: 125px; background-color:white;&amp;quot; |&lt;br /&gt;
&amp;lt;font size=&amp;quot;-1&amp;quot;&amp;gt;[[H_BookTiledMenu#Context|&amp;lt;b&amp;gt;Poisson&amp;lt;/b&amp;gt;]]&amp;lt;/font&amp;gt;&lt;br /&gt;
|}&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
We will follow closely the presentation found in &amp;amp;sect;2.1 of [&amp;lt;b&amp;gt;[[Appendix/References#BT87|&amp;lt;font color=&amp;quot;red&amp;quot;&amp;gt;BT87&amp;lt;/font&amp;gt;]]&amp;lt;/b&amp;gt;] in deriving the,&lt;br /&gt;
&amp;lt;div align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;span id=&amp;quot;PGE:Poisson&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;font color=&amp;quot;#770000&amp;quot;&amp;gt;&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;Poisson Equation&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;&amp;lt;/font&amp;gt;&amp;lt;/span&amp;gt;&amp;lt;br /&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
{{ Math/EQ_Poisson01 }}&lt;br /&gt;
&amp;lt;/div&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;amp;nbsp;&amp;lt;br /&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
&amp;lt;font color=&amp;quot;#007700&amp;quot;&amp;gt;According to Isaac Newton&amp;#039;s inverse-square law of gravitation,&amp;lt;/font&amp;gt; the acceleration, &amp;lt;math&amp;gt;\vec{a}(\vec{x})&amp;lt;/math&amp;gt;, felt at any point in space, {{ Template:Math/VAR_PositionVector01 }}, due to the gravitational attraction of a distribution of mass, &amp;lt;math&amp;gt;\rho(\vec{x})&amp;lt;/math&amp;gt;, is obtained by integrating over the accelerations exerted by each small mass element, &amp;lt;math&amp;gt;\rho(\vec{x}^{~&amp;#039;}) d^3x&amp;#039;&amp;lt;/math&amp;gt;, as follows:&lt;br /&gt;
&amp;lt;div align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;table border=&amp;quot;0&amp;quot; cellpadding=&amp;quot;5&amp;quot; align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
&amp;lt;tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;right&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;\vec{a}(\vec{x})&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;=&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;left&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;&lt;br /&gt;
\int \biggl[\frac{\vec{x}^{~&amp;#039;} - \vec{x}}{|\vec{x}^{~&amp;#039;} - \vec{x}|^3}\biggr] G\rho(\vec{x}^{~&amp;#039;}) d^3 x&amp;#039; \, ,&lt;br /&gt;
&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;center&amp;quot; colspan=&amp;quot;3&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
[&amp;lt;b&amp;gt;[[Appendix/References#BT87|&amp;lt;font color=&amp;quot;red&amp;quot;&amp;gt;BT87&amp;lt;/font&amp;gt;]]&amp;lt;/b&amp;gt;], p. 31, Eq. (2-2)&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/table&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/div&amp;gt;&lt;br /&gt;
where, {{ Template:Math/C_GravitationalConstant }} is the universal gravitational constant.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
==Step 1==&lt;br /&gt;
In the astrophysics literature, it is customary to adopt the following definition of the,&lt;br /&gt;
&amp;lt;div align=&amp;quot;center&amp;quot; id=&amp;quot;GravitationalPotential&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;table border=&amp;quot;0&amp;quot; cellpadding=&amp;quot;5&amp;quot; align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;center&amp;quot; colspan=&amp;quot;3&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;font color=&amp;quot;#770000&amp;quot;&amp;gt;&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;Scalar Gravitational Potential&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;&amp;lt;/font&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;right&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;\Phi(\vec{x})&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;\equiv&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;left&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;-G \int \frac{\rho(\vec{x}^{~&amp;#039;})}{|\vec{x}^{~&amp;#039;} - \vec{x}|} d^3x^&amp;#039; \, .&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;center&amp;quot; colspan=&amp;quot;3&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
[&amp;lt;b&amp;gt;[[Appendix/References#BT87|&amp;lt;font color=&amp;quot;red&amp;quot;&amp;gt;BT87&amp;lt;/font&amp;gt;]]&amp;lt;/b&amp;gt;], p. 31, Eq. (2-3)&amp;lt;br /&amp;gt;&lt;br /&gt;
[&amp;lt;b&amp;gt;[[Appendix/References#EFE|&amp;lt;font color=&amp;quot;red&amp;quot;&amp;gt;EFE&amp;lt;/font&amp;gt;]]&amp;lt;/b&amp;gt;], &amp;amp;sect;10, p. 17, Eq. (11)&amp;lt;br /&amp;gt;&lt;br /&gt;
[&amp;lt;b&amp;gt;[[Appendix/References#T78|&amp;lt;font color=&amp;quot;red&amp;quot;&amp;gt;T78&amp;lt;/font&amp;gt;]]&amp;lt;/b&amp;gt;], &amp;amp;sect;4.2, p. 77, Eq. (12)&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/table&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/div&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
(Note: &amp;amp;nbsp; As we have detailed in a [[VE#Setting_the_Stage|separate discussion]], throughout [&amp;lt;b&amp;gt;[[Appendix/References#EFE|&amp;lt;font color=&amp;quot;red&amp;quot;&amp;gt;EFE&amp;lt;/font&amp;gt;]]&amp;lt;/b&amp;gt;] Chandrasekhar adopts a &amp;#039;&amp;#039;different sign convention&amp;#039;&amp;#039; as well as a different variable name to represent the gravitational potential.)  Recognizing that the gradient of the function, &amp;lt;math&amp;gt;~|\vec{x}^{~&amp;#039;} - \vec{x}|^{-1}&amp;lt;/math&amp;gt;, with respect to {{ Template:Math/VAR_PositionVector01 }} is,&lt;br /&gt;
&amp;lt;div align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;table border=&amp;quot;0&amp;quot; cellpadding=&amp;quot;5&amp;quot; align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
&amp;lt;tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;right&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;\nabla_x \biggl[ \frac{1}{|\vec{x}^{~&amp;#039;} - \vec{x}|} \biggr]&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;=&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;left&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;&lt;br /&gt;
\frac{\vec{x}^{~&amp;#039;} - \vec{x}}{|\vec{x}^{~&amp;#039;} - \vec{x}|^3} \, ,&lt;br /&gt;
&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;center&amp;quot; colspan=&amp;quot;3&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
[&amp;lt;b&amp;gt;[[Appendix/References#BT87|&amp;lt;font color=&amp;quot;red&amp;quot;&amp;gt;BT87&amp;lt;/font&amp;gt;]]&amp;lt;/b&amp;gt;], p. 31, Eq. (2-4)&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/table&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/div&amp;gt;&lt;br /&gt;
and given that, in the above expression for the gravitational acceleration, the integration is taken over the volume that is identified by the &amp;#039;&amp;#039;primed&amp;#039;&amp;#039; &amp;lt;math&amp;gt;(\vec{x}~{&amp;#039;})&amp;lt;/math&amp;gt;, rather than the unprimed &amp;lt;math&amp;gt;(\vec{x})&amp;lt;/math&amp;gt;, coordinate system, &amp;lt;font color=&amp;quot;#007700&amp;quot;&amp;gt;we find that we may write&amp;lt;/font&amp;gt; the gravitational acceleration as,&lt;br /&gt;
&amp;lt;div align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;table border=&amp;quot;0&amp;quot; cellpadding=&amp;quot;5&amp;quot; align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
&amp;lt;tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;right&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;\vec{a}(\vec{x})&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;=&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;left&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;\int G\rho(\vec{x}^{~&amp;#039;})  \nabla_x \biggl[ \frac{1}{|\vec{x}^{~&amp;#039;} - \vec{x}|} \biggr]d^3 x&amp;#039;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
&amp;lt;tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;right&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;amp;nbsp;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;=&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;left&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;\nabla_x \biggl\{ G \int \biggl[ \frac{\rho(\vec{x}^{~&amp;#039;}) }{|\vec{x}^{~&amp;#039;} - \vec{x}|} \biggr]d^3 x&amp;#039;\biggr\}&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
&amp;lt;tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;right&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;amp;nbsp;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;=&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;left&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;-\nabla_x \Phi \, .&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;center&amp;quot; colspan=&amp;quot;3&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
[&amp;lt;b&amp;gt;[[Appendix/References#BT87|&amp;lt;font color=&amp;quot;red&amp;quot;&amp;gt;BT87&amp;lt;/font&amp;gt;]]&amp;lt;/b&amp;gt;], p. 31, Eq. (2-5)&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/table&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/div&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
==Step 2==&lt;br /&gt;
Next, we realize that the divergence of the gravitational acceleration takes the form,&lt;br /&gt;
&amp;lt;div align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;table border=&amp;quot;0&amp;quot; cellpadding=&amp;quot;5&amp;quot; align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
&amp;lt;tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;right&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;\nabla_x \cdot \vec{a}(\vec{x})&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;=&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;left&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;&lt;br /&gt;
\nabla_x \cdot \int \biggl[\frac{\vec{x}^{~&amp;#039;} - \vec{x}}{|\vec{x}^{~&amp;#039;} - \vec{x}|^3}\biggr] G\rho(\vec{x}^{~&amp;#039;}) d^3 x&amp;#039;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
&amp;lt;tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;right&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;amp;nbsp;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;=&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;left&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;&lt;br /&gt;
\int G\rho(\vec{x}^{~&amp;#039;}) \biggl\{ \nabla_x \cdot \biggl[\frac{\vec{x}^{~&amp;#039;} - \vec{x}}{|\vec{x}^{~&amp;#039;} - \vec{x}|^3}\biggr] \biggr\} d^3 x&amp;#039; \, .&lt;br /&gt;
&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;center&amp;quot; colspan=&amp;quot;3&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
[&amp;lt;b&amp;gt;[[Appendix/References#BT87|&amp;lt;font color=&amp;quot;red&amp;quot;&amp;gt;BT87&amp;lt;/font&amp;gt;]]&amp;lt;/b&amp;gt;], p. 31, Eq. (2-6)&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/table&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/div&amp;gt;&lt;br /&gt;
Examining the expression inside the curly braces, we find that,&lt;br /&gt;
&amp;lt;div align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;table border=&amp;quot;0&amp;quot; cellpadding=&amp;quot;5&amp;quot; align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
&amp;lt;tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;right&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;\nabla_x \cdot \biggl[\frac{\vec{x}^{~&amp;#039;} - \vec{x}}{|\vec{x}^{~&amp;#039;} - \vec{x}|^3}\biggr] &amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;=&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;left&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;&lt;br /&gt;
- \frac{3}{|\vec{x}^{~&amp;#039;} - \vec{x}|^3} &lt;br /&gt;
+ 3 \biggl[ \frac{ (\vec{x}^{~&amp;#039;} - \vec{x}) \cdot (\vec{x}^{~&amp;#039;} - \vec{x}) }{|\vec{x}^{~&amp;#039;} - \vec{x}|^5}\biggr]&lt;br /&gt;
&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/table&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/div&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
&amp;lt;table border=&amp;quot;0&amp;quot; align=&amp;quot;center&amp;quot; width=&amp;quot;80%&amp;quot; cellpadding=&amp;quot;8&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;tr&amp;gt;&amp;lt;td align=&amp;quot;left&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
Note: &amp;amp;nbsp; Ostensibly, this last expression is the same as equation 2-7 of [&amp;lt;b&amp;gt;[[Appendix/References#BT87|&amp;lt;font color=&amp;quot;red&amp;quot;&amp;gt;BT87&amp;lt;/font&amp;gt;]]&amp;lt;/b&amp;gt;], but apparently there is a typesetting error in the BT87 publication.  As printed, the denominator of the first term on the right-hand side is &amp;lt;math&amp;gt;|\vec{x}^{~&amp;#039;} - \vec{x}|^1&amp;lt;/math&amp;gt;, whereas it should be &amp;lt;math&amp;gt;|\vec{x}^{~&amp;#039;} - \vec{x}|^3&amp;lt;/math&amp;gt; as written here.  In an [https://www-thphys.physics.ox.ac.uk/people/JamesBinney/web/index_files/book%201%20errors.pdf &amp;#039;&amp;#039;Errata&amp;#039;&amp;#039; to &amp;lt;b&amp;gt;&amp;lt;font color=&amp;quot;red&amp;quot;&amp;gt;BT87&amp;lt;/font&amp;gt;&amp;lt;/b&amp;gt;], the authors have identified this error along with its correction as the first among a list of &amp;#039;&amp;#039;innocuous errors&amp;#039;&amp;#039;.  &lt;br /&gt;
&amp;lt;/td&amp;gt;&amp;lt;/tr&amp;gt;&amp;lt;/table&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
&amp;lt;font color=&amp;quot;#007700&amp;quot;&amp;gt;When &amp;lt;math&amp;gt;(\vec{x}^{~&amp;#039;} - \vec{x}) \ne 0&amp;lt;/math&amp;gt;, we may cancel the factor &amp;lt;math&amp;gt;|\vec{x}^{~&amp;#039;} - \vec{x}|^2&amp;lt;/math&amp;gt; from top and bottom of the last term in this equation to conclude that&amp;lt;/font&amp;gt;,&lt;br /&gt;
&amp;lt;div align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;table border=&amp;quot;0&amp;quot; cellpadding=&amp;quot;5&amp;quot; align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
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  &amp;lt;td align=&amp;quot;right&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;\nabla_x \cdot \biggl[\frac{\vec{x}^{~&amp;#039;} - \vec{x}}{|\vec{x}^{~&amp;#039;} - \vec{x}|^3}\biggr] = 0&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; when, &amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; &lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;left&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;&lt;br /&gt;
(\vec{x}^{~&amp;#039;} \ne \vec{x}) \, .&lt;br /&gt;
&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
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&amp;lt;tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;center&amp;quot; colspan=&amp;quot;3&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
[&amp;lt;b&amp;gt;[[Appendix/References#BT87|&amp;lt;font color=&amp;quot;red&amp;quot;&amp;gt;BT87&amp;lt;/font&amp;gt;]]&amp;lt;/b&amp;gt;], p. 31, Eq. (2-8)&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
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&amp;lt;/table&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/div&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;font color=&amp;quot;#007700&amp;quot;&amp;gt;Therefore, any contribution to the integral must come from the point &amp;lt;math&amp;gt;\vec{x}^{~&amp;#039;} = \vec{x}&amp;lt;/math&amp;gt;, and we may restrict the volume of integration to a small sphere &amp;amp;hellip; centered on this point.  Since&amp;lt;/font&amp;gt;, for a sufficiently small sphere, &amp;lt;font color=&amp;quot;#007700&amp;quot;&amp;gt;the density will be almost constant through this volume, we can take &amp;lt;math&amp;gt;\rho(\vec{x}~{&amp;#039;}) = \rho(\vec{x})&amp;lt;/math&amp;gt; out of the integral.&amp;lt;/font&amp;gt;  Via the divergence theorem (for details, see appendix 1.B &amp;amp;#8212; specifically, equation 1B-42 &amp;amp;#8212; of [&amp;lt;b&amp;gt;[[Appendix/References#BT87|&amp;lt;font color=&amp;quot;red&amp;quot;&amp;gt;BT87&amp;lt;/font&amp;gt;]]&amp;lt;/b&amp;gt;]), the remaining volume integral may be converted into a surface integral over the small volume centered on the point &amp;lt;math&amp;gt;\vec{x}^{~&amp;#039;} = \vec{x}&amp;lt;/math&amp;gt; and, in turn, this surface integral may be written in terms of an integral over the solid angle, &amp;lt;math&amp;gt;d^2\Omega&amp;lt;/math&amp;gt;, to give:&lt;br /&gt;
&amp;lt;div align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
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&lt;br /&gt;
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&amp;lt;math&amp;gt;\nabla_x \cdot \vec{a}(\vec{x})&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
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&amp;lt;math&amp;gt;=&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;left&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;&lt;br /&gt;
-G\rho(\vec{x}) \int d^2\Omega&lt;br /&gt;
&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
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  &amp;lt;td align=&amp;quot;right&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;amp;nbsp;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
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&amp;lt;math&amp;gt;=&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;left&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;math&amp;gt;&lt;br /&gt;
-4\pi G\rho(\vec{x}) \, .&lt;br /&gt;
&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;center&amp;quot; colspan=&amp;quot;3&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
[&amp;lt;b&amp;gt;[[Appendix/References#BT87|&amp;lt;font color=&amp;quot;red&amp;quot;&amp;gt;BT87&amp;lt;/font&amp;gt;]]&amp;lt;/b&amp;gt;], p. 32, Eq. (2-9b)&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/table&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/div&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
==Step 3==&lt;br /&gt;
Finally, combining the results of &amp;#039;&amp;#039;Step 1&amp;#039;&amp;#039; and &amp;#039;&amp;#039;Step 2&amp;#039;&amp;#039; gives the desired,&lt;br /&gt;
&amp;lt;div align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;span id=&amp;quot;PGE:Poisson&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;font color=&amp;quot;#770000&amp;quot;&amp;gt;&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;Poisson Equation&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;&amp;lt;/font&amp;gt;&amp;lt;/span&amp;gt;&amp;lt;br /&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
{{ Template:Math/EQ_Poisson01 }}&lt;br /&gt;
&amp;lt;/div&amp;gt;&lt;br /&gt;
which serves as one of the [[PGE#Principal_Governing_Equations|principal governing equations]] in our examination of the &amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;Structure, Stability, &amp;amp;amp; Dynamics of Self-Gravitating Fluids&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
=See Also=&lt;br /&gt;
&amp;lt;ul&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;li&amp;gt;Ulrich D. Jentschura &amp;amp;amp; Jonathan Sapirstein (April, 2018), arXiv:1801.10224v2 [math-ph], &amp;#039;&amp;#039;Green Function of the Poisson Equation:  &amp;lt;math&amp;gt;D = 2, 3, 4&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;#039;&amp;#039;&amp;lt;/li&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;li&amp;gt;&lt;br /&gt;
Mark Viola (April 2021) &amp;#039;&amp;#039;[https://math.stackexchange.com/questions/4103885/generalizations-of-poissons-equation Generalizations of Poisson&amp;#039;s Equation -- Math Stack Exchange]&amp;#039;&amp;#039;&lt;br /&gt;
&amp;lt;table border=&amp;quot;1&amp;quot; align=&amp;quot;center&amp;quot; cellpadding=&amp;quot;8&amp;quot; width=&amp;quot;80%&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;tr&amp;gt;&amp;lt;td align=&amp;quot;left&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;quot;&amp;lt;font color=&amp;quot;darkgreen&amp;quot;&amp;gt;&amp;amp;hellip; we find the Green function for Poisson&amp;#039;s equation, &amp;lt;math&amp;gt;\nabla^2G_0(\vec{x}|\vec{y}) = -\delta(\vec{x}-\vec{y})&amp;lt;/math&amp;gt; is given by &amp;lt;/font&amp;gt;&amp;quot;&lt;br /&gt;
&amp;lt;table border=&amp;quot;0&amp;quot; align=&amp;quot;center&amp;quot; cellpadding=&amp;quot;5&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;right&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt;G_0(\vec{x}|\vec{y})&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt;=&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;left&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt;&lt;br /&gt;
\frac{\Gamma(n/2-1)}{4\pi^{n/2}|\vec{x} - \vec{y}|^{n-2}} \, ,&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
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&amp;lt;font color=&amp;quot;darkgreen&amp;quot;&amp;gt;where &amp;lt;math&amp;gt;\delta(\vec{x})&amp;lt;/math&amp;gt; is the Dirac Delta.&amp;lt;/font&amp;gt;  Hence, when the right-hand-side source function is spatially extended, &amp;lt;font color=&amp;quot;darkgreen&amp;quot;&amp;gt;&amp;amp;hellip; the solution of the Poisson&amp;#039;s equation &amp;lt;math&amp;gt;\nabla^2u(\vec{x}) = p(\vec{x})&amp;lt;/math&amp;gt; can be written as&amp;lt;/font&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;table border=&amp;quot;0&amp;quot; align=&amp;quot;center&amp;quot; cellpadding=&amp;quot;5&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
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  &amp;lt;td align=&amp;quot;right&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt;u(\vec{x})&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt;=&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;left&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt;&lt;br /&gt;
\int p(\vec{x}+\vec{y}) \biggl[ \frac{\Gamma(n/2-1)}{4\pi^{n/2}|\vec{y}|^{n-2}}\biggr] d^n\vec{y} \, .&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/table&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Example 1 [&amp;lt;math&amp;gt;n=3, \Gamma(n/2-1)=\pi^{1 / 2}&amp;lt;/math&amp;gt;]:&lt;br /&gt;
&amp;lt;table border=&amp;quot;0&amp;quot; align=&amp;quot;center&amp;quot; cellpadding=&amp;quot;5&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;right&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt;u(\vec{x})&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt;=&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;left&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt;&lt;br /&gt;
\int \biggl[ \frac{p(\vec{x}+\vec{y}) }{4\pi|\vec{y}|}\biggr] d^3\vec{y} \, ;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/table&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Example 2 [&amp;lt;math&amp;gt;n=4, \Gamma(n/2-1)=1&amp;lt;/math&amp;gt;]:&lt;br /&gt;
&amp;lt;table border=&amp;quot;0&amp;quot; align=&amp;quot;center&amp;quot; cellpadding=&amp;quot;5&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;right&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt;u(\vec{x})&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt;=&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;left&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt;&lt;br /&gt;
\int \biggl[ \frac{p(\vec{x}+\vec{y}) }{4\pi^2|\vec{y}|^2}\biggr] d^4\vec{y} \, ;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/table&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Example 3 [&amp;lt;math&amp;gt;n=5, \Gamma(n/2-1)=\sqrt{\pi}/2&amp;lt;/math&amp;gt;]:&lt;br /&gt;
&amp;lt;table border=&amp;quot;0&amp;quot; align=&amp;quot;center&amp;quot; cellpadding=&amp;quot;5&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;right&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt;u(\vec{x})&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt;=&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;td align=&amp;quot;left&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt;&lt;br /&gt;
\int \biggl[ \frac{p(\vec{x}+\vec{y}) }{8\pi^2|\vec{y}|^3}\biggr] d^5\vec{y} \, .&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/table&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
&amp;lt;/td&amp;gt;&amp;lt;/tr&amp;gt;&amp;lt;/table&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/li&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/ul&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
{{ SGFfooter }}&lt;/div&gt;</summary>
		<author><name>Joel2</name></author>
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