<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Phys.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Physics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Phys.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-424X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">618142</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2020.618142</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Physics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Solution to the Modified Helmholtz Equation for Arbitrary Periodic Charge Densities</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Winkelmann et&#x20;al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Solution to Modified Helmholtz Equation</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Winkelmann</surname>
<given-names>Miriam</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff3">
<sup>3</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff4">
<sup>4</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff5">
<sup>5</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/1115510/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Di Napoli</surname>
<given-names>Edoardo</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff3">
<sup>3</sup>
</xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/73420/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Wortmann</surname>
<given-names>Daniel</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff4">
<sup>4</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Bl&#xfc;gel</surname>
<given-names>Stefan</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff4">
<sup>4</sup>
</xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/1154173/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<label>
<sup>1</sup>
</label>Institute for Advanced Simulation, Forschungszentrum J&#xfc;lich, <addr-line>J&#xfc;lich</addr-line>, <country>Germany</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<label>
<sup>2</sup>
</label>JARA-CSD, <addr-line>J&#xfc;lich</addr-line>, <country>Germany</country>
</aff>
<aff id="aff3">
<label>
<sup>3</sup>
</label>J&#xfc;lich Supercomputing Centre, Forschungszentrum J&#xfc;lich, <addr-line>J&#xfc;lich</addr-line>, <country>Germany</country>
</aff>
<aff id="aff4">
<label>
<sup>4</sup>
</label>Peter Gr&#xfc;nberg Institute, Forschungszentrum J&#xfc;lich, <addr-line>J&#xfc;lich</addr-line>, <country>Germany</country>
</aff>
<aff id="aff5">
<label>
<sup>5</sup>
</label>Physics Department, RWTH-Aachen University, <addr-line>Aachen</addr-line>, <country>Germany</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/95946/overview">Manuel Asorey</ext-link>, University of Zaragoza, Spain</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/159140/overview">Kazuharu Bamba</ext-link>, Fukushima University, Japan</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/740157/overview">Babak Shiri</ext-link>, Neijiang Normal University, China</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Miriam Winkelmann, <email>m.winkelmann@fz-juelich.de</email>
</corresp>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Mathematical and Statistical Physics, a section of the journal Frontiers in Physics</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>11</day>
<month>03</month>
<year>2021</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2020</year>
</pub-date>
<volume>8</volume>
<elocation-id>618142</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>16</day>
<month>10</month>
<year>2020</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>16</day>
<month>12</month>
<year>2020</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2021 Winkelmann, Di Napoli, Wortmann and Bl&#xfc;gel.</copyright-statement>
<copyright-year>2021</copyright-year>
<copyright-holder>Winkelmann, Di Napoli, Wortmann and Bl&#xfc;gel</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these&#x20;terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>We present a general method for solving the modified Helmholtz equation without shape approximation for an arbitrary periodic charge distribution, whose solution is known as the Yukawa potential or the screened Coulomb potential. The method is an extension of Weinert&#x2019;s pseudo-charge method [Weinert M, <italic>J Math Phys</italic>, 1981, 22:2433&#x2013;2439] for solving the Poisson equation for the same class of charge density distributions. The inherent differences between the Poisson and the modified Helmholtz equation are in their respective radial solutions. These are polynomial functions, for the Poisson equation, and modified spherical Bessel functions, for the modified Helmholtz equation. This leads to a definition of a modified pseudo-charge density and modified multipole moments. We have shown that Weinert&#x2019;s convergence analysis of an absolutely and uniformly convergent Fourier series of the pseudo-charge density is transferred to the modified pseudo-charge density. We conclude by illustrating the algorithmic changes necessary to turn an available implementation of the Poisson solver into a solver for the modified Helmholtz equation.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>partial differential equations</kwd>
<kwd>density functional theory</kwd>
<kwd>electronic structure methods</kwd>
<kwd>Green functions technique</kwd>
<kwd>materials science</kwd>
<kwd>electrostatics</kwd>
<kwd>Fourier analysis</kwd>
<kwd>muffin-tin approximation</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>A variety of problems in condensed matter physics require an efficient solution of the partial differential equation<disp-formula id="e1">
<mml:math id="me1">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>for a charge density <italic>&#x3c1;</italic> in a periodic domain. In real solids, the electronic charge density is a strongly oscillating function in the vicinity of the nuclei of atoms, making a solution in Fourier space, as anticipated by the periodicity, unfeasible due to slow convergence of the Fourier series of the charge density. This equation is frequently referred to as the modified Helmholtz equation or the Yukawa equation. The latter name derives from the Yukawa potential [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>], <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="minf1">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x221d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, in nuclear physics, which is the underlying free-space Green function of <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref>. In the field of condensed matter, <italic>e.g.</italic> in physics, chemistry, and biology, the Yukawa potential is also known as the screened Coulomb potential. It typically emerges in cases when a many-body system of charged particles is treated in terms of an effective single-particle theory applying a mean-field approximation. Then the many particles contribute to an effective screening of a Coulomb interaction generated by the single, representative charged particle when treated in linear response theory.</p>
<p>The relation between the bare Coulomb potential on the one hand and the screened Coulomb potential or the induced screening charge on the other hand is referred to as the dielectric constant or susceptibility, respectively. Depending on the context, such relations appear in the Debye&#x2013;H&#xfc;ckel theory [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>] in the form of a linearization of the Poisson&#x2013;Boltzmann equation, where the Poisson equation describing the electrostatics of charged particles is a function of the charge density distribution obeying a Boltzmann statistics. Another example is the Thomas&#x2013;Fermi model [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>] of the dielectric constant in metals, which describes the screening potential due to the linearized change of the electron distribution described by the Fermi&#x2013;Dirac distribution with respect to the spatial variations of the electrostatic potential. In these theories, the constant <italic>&#x3bb;</italic> represents the inverse of a typical length scale over which an individual charged particle exerts a notable effect.</p>
<p>The Thomas-Fermi theory can be regarded as a precursor of the density functional theory [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>] (DFT). The latter is the most important theory and methodology for the modeling and simulation of material properties of a crystalline solid based on the quantum mechanical treatment of many electron systems. In addition, the Thomas-Fermi theory provides a rough but fast approximation of the common density functionals, which relate the electron density to the effective Kohn&#x2013;Sham potentials [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>]. Such a scheme makes the solution of <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref> particularly valuable. For instance it could be used to obtain a good starting potential for the iterative solution of the Schr&#xf6;dinger-like Kohn&#x2013;Sham equations, where the nuclear charge is included in <italic>&#x3c1;</italic>. Other examples are the attainment of an efficient approximate solution of the dielectric function, or the implementation of a hybrid functional [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>] to DFT using the Yukawa screening of the Hartree&#x2013;Fock exchange. In both cases the charge density <italic>&#x3c1;</italic> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref> is replaced by an overlap charge density [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>] obtained as a product of wave functions associated with different quantum numbers. Since the Thomas&#x2013;Fermi model approximates the description of the response behavior of delocalized electrons in solids very well, <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref> is frequently used to determine a preconditioner for the acceleration of the self-consistent solution of the DFT equation. So far the Kerker preconditioner [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>] is applied to density functional methods with Fourier transformable charge density. By solving <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref> for general periodic densities, the Kerker preconditioner [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>] can be extended to density functional methods of general densities [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>,&#x20;<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>].</p>
<p>Although most electronic structure methods implementing DFT applied to solid-state materials systems make explicit use of&#x20;the underlying periodicity of the crystalline lattice, a straightforward solution of <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref> using Fourier transformation techniques is in general not possible due to the strongly oscillating charge density close to the nuclei. This problem is well discussed for the solution of the Poisson equation, <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="minf2">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, a limit of the modified Helmholtz equation for <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="minf3">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>In a seminal work, Weinert [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>] proposed an elegant and numerically efficient solution of the Poisson equation for periodic charges and corresponding electrostatic potentials without shape approximation. Weinert&#x2019;s solution, to which we refer here as Weinert&#x2019;s pseudo-charge method, is implemented (in several variants) in most full-potential all-electron DFT methods, such as the augmented spherical wave (ASW) method [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>], the Korringa&#x2013;Kohn&#x2013;Rostoker Green function (KKR-GF) method [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>], and the full-potential linearized augmented planewave (FLAPW) method [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>], just to name a&#x20;few.</p>
<p>Typical to these all-electron DFT-methods is the domain decomposition into atomic spheres around the atoms and an interstitial region in-between. Weinert&#x2019;s pseudo-charge method is based on the observation that the relation between the charge density inside a sphere and its multipole expansion outside the sphere is not unique. A smooth Fourier transformable pseudo-charge density with the same multipole moments as the true density is constructed. The latter provides the true potential through Fourier transformation of the Poisson equation and a subsequent solution of a Dirichlet boundary value problem on the sphere boundary.</p>
<p>In this article, we extend Weinert&#x2019;s pseudo-charge method to the modified Helmholtz <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref> for values of <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="minf4">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in order to determine the Yukawa potential <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="minf5">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for general periodic charge densities without shape approximation. We formulate the new method for general charge densities, including continuous charge densities as for electron densities, discrete charge densities as for nuclear charges or more abstract densities that arise of products of wave functions. Such an approach is consistent with the real-space representation of the charge density and potential in all-electron methods.</p>
<p>As a matter of choice, and motivated by the original work of Weinert [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>], we demonstrate this extension explicitly for the FLAPW method [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>] as implemented in the <sc>Fleur</sc> code [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>]. We provide i) complete derivations of the modified multipole expansion of the charge density inside the atomic spheres using a Green function method, as well as the interstitial charge density&#x2019;s modified multipole moments in the atomic spheres using some Bessel function integration properties, which yields the coefficients of the pseudo-charge density, and ii) a mathematical analysis of the convergence of the pseudo-charge density&#x2019;s Fourier series. Our results confirm all expressions for all the quantities provided by Tran et&#x20;al. [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>] relevant in an actual computation. Beyond Tran et&#x20;al. [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>] we provide detailed derivations and justify the use of identities such as Proposition 1 for the modified spherical Bessel function <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="minf6">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the transferability of Weinert&#x2019;s convergence analysis to the case <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="minf7">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We also discuss and provide further insight into the convergence properties of the Fourier series, and in addition restructure and simplify Weinert&#x2019;s approach, hopefully making it more comprehensible. We point out the algorithmic changes required to extend the solution of the Poisson equation to a solution of <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref>, which can then be straightforwardly transferred to other all-electron full-potential band structure methods.</p>
<p>This paper is organized as follows: In <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2.1</xref>, we introduce the muffin-tin and interstitial region typical of the FLAPW method and the corresponding domain decomposition for the charge density and the potential. We summarize the main statements of Weinert&#x2019;s pseudo-charge method and give a definition of the pseudo-charge density. Since we know the true charge density inside the muffin-tin spheres and with the assumption that we would know the interstitial potential, we construct in <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2.2</xref> the Yukawa potential inside the sphere by solving the Dirichlet boundary value problem. We develop two radial Green functions that are products of two linearly independent fundamental set solutions of the homogeneous radial modified Helmholtz equation. These Green functions are set apart by the boundary conditions they fulfill either at the muffin-tin sphere or in free-space. In <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2.2.1</xref>, the radial free-space Green function is used to define the modified multipole expansion of the Yukawa potential. In <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2.3</xref>, we construct a pseudo-charge density in reciprocal space consistent with the modified Helmholtz equation by making use of the definition of the modified multiple moments put forward in <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2.2.1</xref>. We obtain the Yukawa potential for the interstitial region by solving the modified Helmholtz equation in Fourier space for the pseudo-charge density&#x2014;the solution is a simple algebraic expression. This is followed by an analysis of the convergence properties of the Fourier series of the pseudo-charge density. The entire algorithm that solves the modified Helmholtz equation is summarized in <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2.4</xref> together with the minimal modifications necessary to change Weinert&#x2019;s original algorithm. The conclusions and the outlook are presented in <xref ref-type="sec" rid="s3">Section&#x20;3</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Yukawa Potential for a Muffin-Tin Decomposition of a 3D-Periodic Domain</title>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 Weinert&#x2019;s Pseudo-Charge Method</title>
<p>In order to deal with the <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="minf8">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> singularities of the Coulomb potential due to the point-like charge of the nucleus and the associated rapid oscillations of the charge density in the vicinity of the singularity, in all-electron electronic structure methods the space is typically partitioned into muffin-tin spheres <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="minf9">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of radius <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="minf10">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> centered around the atoms <italic>&#x3b1;</italic>&#x2014;the union of those is called the muffin-tin (MT) region&#x2014;and the interstitial region (I) between the atoms. In FLAPW both charge densities<disp-formula id="e2">
<mml:math id="me2">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x007B;</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msub>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msub>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>and potentials<disp-formula id="e3">
<mml:math id="me3">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x007B;</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msub>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msub>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>are represented in plane waves <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="minf11">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="minf12">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> defines the reciprocal lattice vector dual to the lattice vectors defining the periodic domain, and in spherical harmonics, <italic>Y</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub>, of degree <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="minf13">
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and order <italic>m</italic>, where <italic>L</italic> is defined as <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="minf14">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="minf15">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the length of the vector <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="minf16">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, measured from the center of the atom &#x3b1; placed at position <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="minf17">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the periodic domain, with <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="minf18">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> its unit vector. The precision of the representation is determined by the cut-off parameters <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="minf19">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the wave vectors, <bold>
<italic>K</italic>
</bold>, with length <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="minf20">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="minf21">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the degree <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="minf22">
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> in the angular-momentum expansion. <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="minf23">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> sets also a natural cut-off of the angular-momentum expansions of all other charge densities or multipole moments throughout the&#x20;paper.</p>
<p>Weinert&#x2019;s pseudo-charge method for the Poisson equation is based on the crucial observation that several charge densities <italic>&#x3c1;</italic> inside a sphere <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="minf24">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can generate the same multipole moments<disp-formula id="e4">
<mml:math id="me4">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>and thus, the same potential<disp-formula id="e5">
<mml:math id="me5">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>outside the sphere. Here, <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="minf25">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denotes the complex conjugate of <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="minf26">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The pseudo-charge density, <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="minf27">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2dc;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, defined by Weinert in Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>] is such a charge density. It fulfills the following three conditions:<list list-type="bullet">
<list-item>
<p>&#x2022; It has the same multipole moments <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="minf28">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2dc;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in every sphere <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="minf29">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022; It is equal to the true charge density <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="minf30">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the interstitial region.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022; It has a fast convergent Fourier expansion.</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>The Fourier Components of <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="minf31">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are then simply<disp-formula id="e6">
<mml:math id="me6">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2dc;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>for</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>while <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="minf32">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> will be set to a constant. Once the interstitial potential <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="minf33">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> has been calculated, the muffin-tin potential can be obtained by solving the Dirichlet boundary value problem on the sphere<disp-formula id="e7">
<mml:math id="me7">
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mtext>S</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mtext>B</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>where <italic>G</italic> is a Green function associated with the solution of the Poisson equation, <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="minf34">
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denotes the solid angle element and <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="minf35">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Although the Green function depends on the muffin-tin radius <italic>R</italic>
<sub>
<italic>&#x3b1;</italic>
</sub>, for simplicity we drop the index &#x3b1; in the Green function and in related quantities. The muffin-tin potential <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="minf36">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is fed by two terms, a source term <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="minf37">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> due to the charge density distribution inside the sphere and a boundary term <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="minf38">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> due to the interstitial potential at the boundary of the sphere. The Fourier coefficients of the pseudo-charge density basically have the form<disp-formula id="e8">
<mml:math id="me8">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2dc;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="minf39">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a Fourier transformable pseudo-charge density inside the muffin-tin sphere. The idea behind this is the following: if the domain of definition of <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="minf40">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is formally expanded to the full space, <italic>i.e.</italic> including the muffin-tin spheres, such that<disp-formula id="e9">
<mml:math id="me9">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>can also be evaluated for <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="minf41">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222a;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, then the true charge <italic>&#x3c1;</italic> can also be written as<disp-formula id="e10">
<mml:math id="me10">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d8;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>where<disp-formula id="e11">
<mml:math id="me11">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d8;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>in</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>in</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>are charge densities localized in the atomic spheres <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="minf42">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. If these localized densities are now substituted by other localized densities <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="minf43">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, then the charge density is still correct in&#x20;I.</p>
<p>The approach above is generally the same for the Yukawa potential, <italic>i.e.,</italic>&#x20;for <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="minf44">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, only <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">Eqs. 4</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e6">6</xref> and the pseudo-charge density&#x2019;s Fourier coefficients are slightly different. We now continue with the derivation of the muffin-tin and interstitial potentials in the case <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="minf45">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 Muffin-Tin Yukawa Potential</title>
<p>Assume the interstitial potential is obtained, then the Green function method is used to determine the screened Coulomb potential <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="minf46">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> inside the muffin-tin sphere <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="minf47">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with centre <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="minf48">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> through the solution of the boundary value problem<disp-formula id="e12">
<mml:math id="me12">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x0020;</mml:mtext>
<mml:mtext>in&#xa0;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e13">
<mml:math id="me13">
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x0020;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#x0020;</mml:mtext>
<mml:mtext>on</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>The solution is divided into three steps, which we describe in the following. The derivation focuses on the construction of the Green function and its application. For simplicity, we leave out the index <italic>&#x3bb;</italic> in Green functions and potentials in this subsection. The solution is given in terms of radial functions <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="minf49">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the expansion coefficients to the spherical harmonics expansion inside the sphere (see <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Eq.&#x20;3</xref>).</p>
<p>
<italic>Step 1</italic>. We solve the homogeneous modified Helmholtz equation, <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="minf50">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, in spherical coordinates. Following the solution [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>] of the Laplace equation, <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="minf51">
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, in spherical coordinates <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="minf52">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the homogeneous potential can be factorized into products of radial functions <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="minf53">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and angular functions <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="minf54">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="minf55">
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The term <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="minf56">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the homogeneous modified Helmholtz equation only has an effect on the radial solution. The spherical harmonics, <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="minf57">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, are the eigensolutions of the angular part of the Laplace equation with eigenvalues <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="minf58">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The radial part of the homogeneous modified Helmholtz equation is known as the modified spherical Bessel differential equation [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>],<disp-formula id="e14">
<mml:math id="me14">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>and its fundamental set of solutions are for each <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="minf59">
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> the two modified spherical Bessel functions [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>] <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="minf60">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="minf61">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the first of which is the regular solution well-defined at the origin, but grows fast with growing radius <italic>r</italic> and the second is the irregular solution that goes to infinity for <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="minf62">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. To realize the proper boundary condition for the radial Green functions two conditions have to be fulfilled: The first solution, <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="minf63">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, must be finite at <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="minf64">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We conclude that<disp-formula id="e15">
<mml:math id="me15">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>since <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="minf65">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="minf66">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The second solution, <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="minf67">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, must be 0 at <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="minf68">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. This is achieved by a linear combination of the two modified spherical Bessel functions,<disp-formula id="e16">
<mml:math id="me16">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<italic>Step 2</italic>. A function <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="minf69">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x0020;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2229;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#x200b;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>\</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is called a radial Green function, if it is the solution to<disp-formula id="e17">
<mml:math id="me17">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>subject to the Dirichlet boundary condition<disp-formula id="e18">
<mml:math id="me18">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>if</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>or</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="minf70">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the linear radial differential operator in <xref ref-type="disp-formula" rid="e14">Eq. 14</xref> and &#x3b4; denotes the radial Dirac delta function, for which<disp-formula id="e19">
<mml:math id="me19">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#x200b;</mml:mtext>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>if&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>otherwise</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>The radial Green function takes the form of the product of the two linearly independent solutions with the proper boundary conditions,<disp-formula id="e20">
<mml:math id="me20">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="minf71">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>min</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="minf72">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and<disp-formula id="e21">
<mml:math id="me21">
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>Since the Wronskian <italic>W</italic> is linear, the addition of <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="minf73">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<italic>c</italic>&#x20;&#x3d; const) onto <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="minf74">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to suffice the boundary condition <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="minf75">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> has no influence on the Wronskian: <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="minf76">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, with <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="minf77">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> remaining. To calculate the Wronskian of <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="minf78">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="minf79">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> one can either Taylor expand the two functions or simply take the limiting values for <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="minf80">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> or the asymptotic values for <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="minf81">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to find<disp-formula id="e22">
<mml:math id="me22">
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>Therefore, <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="minf82">
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the radial Green function finally reads<disp-formula id="e23">
<mml:math id="me23">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<italic>Step 3</italic>. Considering the standard expression of Dirac&#x2019;s delta function separated according to the radial and angular coordinates<disp-formula id="e24">
<mml:math id="me24">
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>the three-dimensional (3D) Green function <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="minf83">
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> solving<disp-formula id="e25">
<mml:math id="me25">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x0020;</mml:mtext>
<mml:mtext>in&#xa0;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e26">
<mml:math id="me26">
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mtext>&#x0020;</mml:mtext>
<mml:mtext>on&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>is expanded in the form<disp-formula id="e27">
<mml:math id="me27">
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">L</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2a;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>and the solution to the inhomogeneous <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">Eq. 12</xref> is given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">Eq.&#x20;7</xref>.&#x20;For the derivation of the 3D Green function and the 3D inhomogeneous solution <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="minf84">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mtext>S</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mtext>B</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">Eq. 7</xref> we refer the reader to Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>]. Both the integral over the sphere <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="minf85">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the boundary integral simplify by exploiting the orthonormality relation of the spherical harmonics, <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="minf86">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The integral over the sphere <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="minf87">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> provides the source contribution to the muffin-tin potential<disp-formula id="e28">
<mml:math id="me28">
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mtext>S</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#x200b;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>In order to obtain the boundary contribution to the muffin-tin potential, we evaluate the boundary integral in <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">Eq. 7</xref> by expanding the interstitial potential <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="minf88">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2.3</xref>) on the sphere boundaries <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="minf89">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x220b;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in spherical coordinates<disp-formula id="e29">
<mml:math id="me29">
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>using the plane-wave expansion<disp-formula id="e30">
<mml:math id="me30">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(30)</label>
</disp-formula>where<disp-formula id="e31">
<mml:math id="me31">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
</mml:munder>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(31)</label>
</disp-formula>Furthermore, the normal derivative of <italic>G</italic> on the sphere boundary is<disp-formula id="e32">
<mml:math id="me32">
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>Since <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="minf90">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and since <inline-formula id="inf91">
<mml:math id="minf91">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> takes the form <xref ref-type="disp-formula" rid="e20">Eq. 20</xref>, we obtain<disp-formula id="e33">
<mml:math id="me33">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(33)</label>
</disp-formula>We recall that <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="minf92">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and reuse <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">Eq. 22</xref> to obtain<disp-formula id="e34">
<mml:math id="me34">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(34)</label>
</disp-formula>yielding<disp-formula id="e35">
<mml:math id="me35">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(35)</label>
</disp-formula>With this and the knowledge of the interstitial potential at the sphere boundary from <xref ref-type="disp-formula" rid="e31">Eq. 31</xref>, the boundary contribution to the muffin-tin potential becomes<disp-formula id="e36">
<mml:math id="me36">
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi>
<mml:mtext>B</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(36)</label>
</disp-formula>and the radial part of the spherical harmonics expansion of the total potential, <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="minf93">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mtext>S</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mtext>B</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, in the sphere <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="minf94">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> becomes<disp-formula id="e37">
<mml:math id="me37">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#x200b;</mml:mtext>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(37)</label>
</disp-formula>Due to the kink of <inline-formula id="inf95">
<mml:math id="minf95">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="minf96">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, for practical calculations the integral is split in a part where <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="minf97">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, a part where <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="minf98">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and a third part where the integrand is symmetric in <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="minf99">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf100">
<mml:math id="minf100">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>:<disp-formula id="e38">
<mml:math id="me38">
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#x200b;</mml:mtext>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#x200b;</mml:mtext>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#x200b;</mml:mtext>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(38)</label>
</disp-formula>
</p>
<sec id="s2-2-1">
<label>2.2.1</label>
<title>Modified Multipole Expansion</title>
<p>In the same way we obtain the radial representation of the free-space Green function, well-known as the Yukawa potential for a Dirac test charge at <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="minf101">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>,<disp-formula id="e39">
<mml:math id="me39">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(39)</label>
</disp-formula>The modified spherical Bessel function <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="minf102">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> already contains the proper boundary condition for <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="minf103">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. A charge density <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="minf104">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d8;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> localized in a sphere <inline-formula id="inf105">
<mml:math id="minf105">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> embedded in free space, produces a Yukawa potential outside the sphere, <italic>i.e</italic>.,&#x20;<inline-formula id="inf106">
<mml:math id="minf106">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2209;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>,<disp-formula id="e40">
<mml:math id="me40">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d8;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x211d;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d8;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(40)</label>
</disp-formula>which can be expressed analogously to the Coulomb potential in terms of the modified multipole expansion<disp-formula id="e41">
<mml:math id="me41">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d8;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d8;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(41)</label>
</disp-formula>with the modified multipole moments<disp-formula id="e42">
<mml:math id="me42">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d8;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d8;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(42)</label>
</disp-formula>An analogous definition holds true for the modified multiple moments <inline-formula id="inf107">
<mml:math id="minf107">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the true charge <inline-formula id="inf108">
<mml:math id="minf108">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the sphere. With the standard expansion of the charge density inside the sphere into spherical harmonics <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Eq. 3</xref>, <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="minf109">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the application of their orthonormality relation, the calculation of the modified multipole moments inside the muffin-tin spheres is straightforward and results in<disp-formula id="e43">
<mml:math id="me43">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#x200b;</mml:mtext>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(43)</label>
</disp-formula>The summation of <inline-formula id="inf110">
<mml:math id="minf110">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d8;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> over all spheres &#x3b1; finally provides the contributions of the charges of all spheres to the interstitial potential. <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">Equation 7</xref> reduces to <xref ref-type="disp-formula" rid="e40">Eq. 40</xref>, since for the free-space Green function <xref ref-type="disp-formula" rid="e39">Eq. 39</xref> the boundary value term disappears for <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="minf111">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s2-3">
<title>2.3 Interstitial Yukawa Potential</title>
<p>Suppose we had found a Fourier transformable pseudo-charge density <inline-formula id="inf112">
<mml:math id="minf112">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> inside the sphere consistent with the Yukawa potential produced outside the sphere, with coefficients <inline-formula id="inf113">
<mml:math id="minf113">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the Fourier series would converge rapidly throughout the periodic domain. Then we can find the Fourier coefficients of the pseudo-charge density, <inline-formula id="inf114">
<mml:math id="minf114">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2dc;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, by <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">Eq. 8</xref> and the solution of the modified Helmholtz <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref> through Fourier transformation yields an algebraic equation from which we calculate the interstitial Yukawa potential,<disp-formula id="e44">
<mml:math id="me44">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2dc;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(44)</label>
</disp-formula>In the previous <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2.2</xref> the interstitial Yukawa potential is used as boundary values for the Yukawa potential in the atomic spheres.</p>
<p>This subsection is concerned with the construction of the Fourier transformable pseudo-charge density <inline-formula id="inf115">
<mml:math id="minf115">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> that replaces the true local charge density <inline-formula id="inf116">
<mml:math id="minf116">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d8;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [see (<xref ref-type="disp-formula" rid="e11">11</xref>)] inside the muffin-tin sphere such that the Yukawa potential in the interstitial region, <inline-formula id="inf117">
<mml:math id="minf117">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d8;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> due to the true charge density inside the sphere, is equal to the Yukawa potential in the interstitial region produced by the <italic>a priori</italic> unknown pseudo-charge density, <inline-formula id="inf118">
<mml:math id="minf118">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d8;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. From <xref ref-type="disp-formula" rid="e41">Eq. 41</xref> we conclude that this is fulfilled if the modified multipole moments <xref ref-type="disp-formula" rid="e42">Eq. 42</xref> of both charge densities, <inline-formula id="inf119">
<mml:math id="minf119">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d8;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf120">
<mml:math id="minf120">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are equal. The modified multiple moments <inline-formula id="inf121">
<mml:math id="minf121">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are already known through <xref ref-type="disp-formula" rid="e43">Eq. 43</xref>. Next we determine the modified multiple moments <inline-formula id="inf122">
<mml:math id="minf122">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the interstitial charge extended into the muffin-tin spheres and then construct the pseudo-charge density.</p>
<sec id="s2-3-1">
<label>2.3.1</label>
<title>Modified Multipole Moments of Interstitial Charge Density Extended Into Sphere</title>
<p>The determination of the modified multiple moments of the&#x20;interstitial charge density is in principle the same as in Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>], but since the modified multipole moments are different from the known multipole moments for the Coulomb potential, we go through this step of deriving <inline-formula id="inf123">
<mml:math id="minf123">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in detail. We write <inline-formula id="inf124">
<mml:math id="minf124">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> relative to the sphere centre <inline-formula id="inf125">
<mml:math id="minf125">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and employ the Rayleigh expansion <xref ref-type="disp-formula" rid="e30">Eq. 30</xref> to <inline-formula id="inf126">
<mml:math id="minf126">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which yields<disp-formula id="e45">
<mml:math id="me45">
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(45)</label>
</disp-formula>The modified multipole moments of <inline-formula id="inf127">
<mml:math id="minf127">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the sphere <inline-formula id="inf128">
<mml:math id="minf128">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, defined analogously to <xref ref-type="disp-formula" rid="e42">Eq. 42</xref>, are<disp-formula id="e46">
<mml:math id="me46">
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#x200b;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>For <inline-formula id="inf129">
<mml:math id="minf129">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">0</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the latter integral becomes<disp-formula id="e47">
<mml:math id="me47">
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#x200b;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(46)</label>
</disp-formula>If <inline-formula id="inf130">
<mml:math id="minf130">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">0</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, observe that <inline-formula id="inf131">
<mml:math id="minf131">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (Kronecker <italic>&#x3b4;</italic>) and so the integral becomes<disp-formula id="e48">
<mml:math id="me48">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#x200b;</mml:mtext>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(47)</label>
</disp-formula>Both equations above can be derived by partial integration in two different ways and applying the identities in Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>],<disp-formula id="e49">
<mml:math id="me49">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(48)</label>
</disp-formula>for <inline-formula id="inf132">
<mml:math id="minf132">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with the plus sign and for <inline-formula id="inf133">
<mml:math id="minf133">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with the minus sign, and<disp-formula id="e50">
<mml:math id="me50">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(49)</label>
</disp-formula>for both <inline-formula id="inf134">
<mml:math id="minf134">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf135">
<mml:math id="minf135">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In conclusion, this yields<disp-formula id="e51">
<mml:math id="me51">
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">0</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(50)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s2-3-2">
<label>2.3.2</label>
<title>Construction of Pseudo-Charge Density</title>
<p>We construct the pseudo-charge density by following the ansatz of Weinert,<disp-formula id="e52">
<mml:math id="me52">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(51)</label>
</disp-formula>in which the radial dependence of the charge density is expressed in terms of a polynomial expansion up to degree <inline-formula id="inf136">
<mml:math id="minf136">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which depends on atom &#x3b1; and angular degree <inline-formula id="inf137">
<mml:math id="minf137">
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, and otherwise use spherical harmonics for the angular part&#x2014;this being the usual representation for charge densities in the muffin-tin region. As we will discuss in <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2.3.3</xref>, it is beneficial to choose<disp-formula id="e53">
<mml:math id="me53">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>for&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(52)</label>
</disp-formula>and <inline-formula id="inf138">
<mml:math id="minf138">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <italic>n</italic> is yet to be determined. As will become apparent later when we derive the coefficients <inline-formula id="inf139">
<mml:math id="minf139">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e61">Eq. 61</xref>, the coefficient <inline-formula id="inf140">
<mml:math id="minf140">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> cancels out in any relevant equation, like <xref ref-type="disp-formula" rid="e54">Eq. 54</xref> or <xref ref-type="disp-formula" rid="e55">Eq. 55</xref>. With these choices of parameters and with the binomials theorem applied to<disp-formula id="e54">
<mml:math id="me54">
<mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(53)</label>
</disp-formula>it follows from the ansatz <xref ref-type="disp-formula" rid="e51">Eq. 51</xref>
<disp-formula id="e55">
<mml:math id="me55">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(54)</label>
</disp-formula>The Fourier transform of this expression is then given by<disp-formula id="e56">
<mml:math id="me56">
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(55)</label>
</disp-formula>where<disp-formula id="e57">
<mml:math id="me57">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#x200b;</mml:mtext>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(56)</label>
</disp-formula>
<inline-formula id="inf141">
<mml:math id="minf141">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the volume of the periodic domain and we used the Rayleigh expansion <xref ref-type="disp-formula" rid="e30">Eq. 30</xref> and the orthonormality relation of the spherical harmonics. With Proposition 1 in the appendix <inline-formula id="inf142">
<mml:math id="minf142">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> finally reduces to<disp-formula id="e58">
<mml:math id="me58">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#x0020;</mml:mtext>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(57)</label>
</disp-formula>In the same way we derive the coefficients <inline-formula id="inf143">
<mml:math id="minf143">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>: We insert <xref ref-type="disp-formula" rid="e54">Eq. 54</xref> in the definition of the modified multipole moments <xref ref-type="disp-formula" rid="e42">Eq. 42</xref> and use <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref> for <inline-formula id="inf144">
<mml:math id="minf144">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf145">
<mml:math id="minf145">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to obtain<disp-formula id="e59">
<mml:math id="me59">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(58)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e60">
<mml:math id="me60">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#x200b;</mml:mtext>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(59)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e61">
<mml:math id="me61">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(60)</label>
</disp-formula>and thus,<disp-formula id="e62">
<mml:math id="me62">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(61)</label>
</disp-formula>Since <inline-formula id="inf146">
<mml:math id="minf146">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf147">
<mml:math id="minf147">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> share the term <inline-formula id="inf148">
<mml:math id="minf148">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the term cancels out in the product <inline-formula id="inf149">
<mml:math id="minf149">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> entering <xref ref-type="disp-formula" rid="e55">Eq. 55</xref>,<disp-formula id="e63">
<mml:math id="me63">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(62)</label>
</disp-formula>and setting <inline-formula id="inf150">
<mml:math id="minf150">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (in accordance with <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2.3.3</xref>) this leads to<disp-formula id="e64">
<mml:math id="me64">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(63)</label>
</disp-formula>For <inline-formula id="inf151">
<mml:math id="minf151">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> we take the limit<disp-formula id="e65">
<mml:math id="me65">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mtext>lim</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mtext>lim</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(64)</label>
</disp-formula>which is only different from 0 for <inline-formula id="inf152">
<mml:math id="minf152">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and thus yields<disp-formula id="e66">
<mml:math id="me66">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>00</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(65)</label>
</disp-formula>Due to the condition that the pseudo-charge density has the correct modified multipole moments, the modified multipole moments used for the actual computation of the Fourier coefficients are the ones of the true localized charge density <inline-formula id="inf153">
<mml:math id="minf153">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d8;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf154">
<mml:math id="minf154">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d8;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> calculated from the modified multipole moments <inline-formula id="inf155">
<mml:math id="minf155">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <xref ref-type="disp-formula" rid="e43">Eq. 43</xref> and <inline-formula id="inf156">
<mml:math id="minf156">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <xref ref-type="disp-formula" rid="e50">Eq. 50</xref> of <inline-formula id="inf157">
<mml:math id="minf157">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf158">
<mml:math id="minf158">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> respectively, in the sphere <inline-formula id="inf159">
<mml:math id="minf159">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s2-3-3">
<label>2.3.3</label>
<title>Smoothness of the Pseudo-Charge Density and Convergence of Its Fourier Series</title>
<p>In <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2.3.2</xref>, we have set <inline-formula id="inf160">
<mml:math id="minf160">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> by <xref ref-type="disp-formula" rid="e52">Eq. 52</xref>, <inline-formula id="inf161">
<mml:math id="minf161">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf162">
<mml:math id="minf162">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> without having determined <italic>n</italic> yet. Here we motivate our choices and finally determine a proper&#x20;<italic>n</italic>.</p>
<p>With our choices for <inline-formula id="inf163">
<mml:math id="minf163">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf164">
<mml:math id="minf164">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> we have eradicated the sum in ansatz <xref ref-type="disp-formula" rid="e51">Eq. 51</xref> and derived the much simpler form <xref ref-type="disp-formula" rid="e54">Eq. 54</xref>. The function<disp-formula id="e67">
<mml:math id="me67">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x21a6;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(66)</label>
</disp-formula>itself and all its first <inline-formula id="inf165">
<mml:math id="minf165">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> derivatives with respect to <inline-formula id="inf166">
<mml:math id="minf166">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are equal to zero at <inline-formula id="inf167">
<mml:math id="minf167">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Consequently, we ensure smoothness on the boundary of the sphere,<disp-formula id="e68">
<mml:math id="me68">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x0020;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(67)</label>
</disp-formula>Note that this includes localization of <inline-formula id="inf168">
<mml:math id="minf168">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <inline-formula id="inf169">
<mml:math id="minf169">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and thus the pseudo-charge density equals the charge density in I (condition 2 in <xref ref-type="sec" rid="s2">Section&#x20;2.1</xref>).</p>
<p>The smoothness of the pseudo-charge density is connected to the convergence properties of its Fourier series. Applying the Riemann&#x2013;Lebesgue lemma for Fourier series to a <inline-formula id="inf170">
<mml:math id="minf170">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-fold differentiable function in combination with the differentiation rule for a Fourier transform, one can show that the Fourier coefficients for <inline-formula id="inf171">
<mml:math id="minf171">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> go faster to zero than <inline-formula id="inf172">
<mml:math id="minf172">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, i.e.,&#x20;we obtain the fastest convergence of the Fourier series for large <italic>K</italic> and the convergence becomes the better the larger <italic>n</italic> is. If we choose <italic>n</italic> too large, however, we are left with the small-<italic>K</italic> Fourier coefficients only, and thus the Fourier series is unbalanced, in the sense that smaller coefficients have a larger weight. So, ideally, our choice of <italic>n</italic> is guided by the cut-off of the Fourier series.</p>
<p>For an explicit rule on how to choose <italic>n</italic>, Weinert [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>] discussed the factors <inline-formula id="inf173">
<mml:math id="minf173">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where in the Coulomb case<disp-formula id="e69">
<mml:math id="me69">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(68)</label>
</disp-formula>His reasoning is based on the zeros of the <italic>K</italic>-dependent function <inline-formula id="inf174">
<mml:math id="minf174">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Viewed as a function of <italic>K</italic>, however, our factor <inline-formula id="inf175">
<mml:math id="minf175">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> differs from Weinert&#x2019;s one only by a multiplicative constant. Thus Weinert&#x2019;s arguments apply here as well. With Proposition 2 in the <xref ref-type="app" rid="app1">Appendix</xref> it follows that this multiplicative constant is smaller than 1 for <inline-formula id="inf176">
<mml:math id="minf176">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We see this confirmed in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>, which shows the <inline-formula id="inf177">
<mml:math id="minf177">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-dependence of the factor <inline-formula id="inf178">
<mml:math id="minf178">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the Yukawa <xref ref-type="disp-formula" rid="e62">Eq. 62</xref> and Coulomb <xref ref-type="disp-formula" rid="e68">Eq.&#x20;68</xref> cases for several combinations of <italic>n</italic> and angular degree <inline-formula id="inf179">
<mml:math id="minf179">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2014;</mml:mo>
<mml:mtext>it</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> reveals a smaller amplitude in the Yukawa case. In agreement with Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>], in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref> we make two observations: (i) <inline-formula id="inf180">
<mml:math id="minf180">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as a function of <inline-formula id="inf181">
<mml:math id="minf181">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> has larger oscillations for smaller <italic>n</italic>, and (ii) for fixed <italic>n</italic>, the largest contribution to the Fourier series comes from <inline-formula id="inf182">
<mml:math id="minf182">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> less than the first zero of the Bessel function <inline-formula id="inf183">
<mml:math id="minf183">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Since we deal with a finite number of <bold>
<italic>K</italic>
</bold> vectors, we would like to reduce the oscillations mentioned in (i) by choosing a large <italic>n</italic>. On the other hand, due to the cut-off of the Fourier series at some <inline-formula id="inf184">
<mml:math id="minf184">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the factor <inline-formula id="inf185">
<mml:math id="minf185">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> must be small for <inline-formula id="inf186">
<mml:math id="minf186">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which limits <inline-formula id="inf187">
<mml:math id="minf187">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to a certain value, since the first zero is pushed towards infinity for growing <inline-formula id="inf188">
<mml:math id="minf188">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, as can be seen from a comparison between the pink and yellow, or the blue and purple lines in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>. From this arises Weinert&#x2019;s criterion for choosing <inline-formula id="inf189">
<mml:math id="minf189">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which we adopt here:<list list-type="bullet">
<list-item>
<p>&#x2022; Choose <inline-formula id="inf190">
<mml:math id="minf190">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2115;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> such that the first zero of <inline-formula id="inf191">
<mml:math id="minf191">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is approximately equal to <inline-formula id="inf192">
<mml:math id="minf192">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022; Then <inline-formula id="inf193">
<mml:math id="minf193">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is fixed by the relation <inline-formula id="inf194">
<mml:math id="minf194">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</list-item>
</list>
</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>The factor <inline-formula id="inf195">
<mml:math id="minf195">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for several <inline-formula id="inf196">
<mml:math id="minf196">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the Yukawa and Coulomb cases with <inline-formula id="inf197">
<mml:math id="minf197">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf198">
<mml:math id="minf198">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-08-618142-g001.tif"/>
</fig>
<p>Note that in this method <inline-formula id="inf199">
<mml:math id="minf199">
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is compensated by <italic>n</italic> in such a way that <italic>&#x3bd;</italic> is <italic>de facto</italic> not depending on <inline-formula id="inf200">
<mml:math id="minf200">
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>. Since the discretization of <bold>
<italic>K</italic>
</bold> vectors and the muffin-tin radii usually do not change over the course of the self-consistent-field iteration, the terms in <xref ref-type="disp-formula" rid="e63">Eq. 63</xref> depending on <italic>&#x3bd;</italic> need to be computed just&#x20;once.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s2-4">
<title>2.4 Algorithm: Construction of Yukawa Potential</title>
<p>Algorithm 1 summarizes the construction of the Yukawa potential derived in this paper.<boxed-text id="box1">
<label>Algorithm 1</label>
<title>Bulk-Case Yukawa Potential </title>
<p>
<bold>Input:</bold> charge density <italic>&#x3c1;</italic>, integer <italic>&#x3bd;</italic> chosen as described on page 8 and preconditioning parameter <italic>&#x3bb;</italic>.</p>
<p>
<bold>Output:</bold> Yukawa potential <inline-formula id="inf201">
<mml:math id="minf201">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> solving the modified Helmholtz <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref> with periodic boundary conditions.</p>
<p>&#x2003;<bold>Pseudo-Charge Density</bold> <inline-formula id="inf202">
<mml:math id="minf202">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2dc;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2190;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>1: Modified multipole moments <inline-formula id="inf203">
<mml:math id="minf203">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the interstitial charge density in <inline-formula id="inf204">
<mml:math id="minf204">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <inline-formula id="inf205">
<mml:math id="minf205">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x25b7;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> <xref ref-type="disp-formula" rid="e50">Eq.&#x20;50</xref>
</p>
</list-item>
<list-item>
<p>2: Modified multipole moments <inline-formula id="inf206">
<mml:math id="minf206">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the muffin-tin charge density in <inline-formula id="inf207">
<mml:math id="minf207">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <inline-formula id="inf208">
<mml:math id="minf208">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x25b7;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> <xref ref-type="disp-formula" rid="e43">Eq.&#x20;43</xref>
</p>
</list-item>
<list-item>
<p>3: Modified Multipole Moments <inline-formula id="inf209">
<mml:math id="minf209">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of <inline-formula id="inf210">
<mml:math id="minf210">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
</list-item>
<list-item>
<p>4: Sphere-localized part <inline-formula id="inf211">
<mml:math id="minf211">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the pseudo-charge density. <inline-formula id="inf212">
<mml:math id="minf212">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x25b7;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> <xref ref-type="disp-formula" rid="e63">Eqs. 63</xref> and&#x20;<xref ref-type="disp-formula" rid="e65">65</xref>
</p>
</list-item>
<list-item>
<p>5: Pseudo-charge density <inline-formula id="inf213">
<mml:math id="minf213">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2dc;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <inline-formula id="inf214">
<mml:math id="minf214">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x25b7;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">Eq. 8</xref> <bold>Interstitial potential</bold> <inline-formula id="inf215">
<mml:math id="minf215">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2190;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2dc;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
</list-item>
<list-item>
<p>6: Interstitial potential <inline-formula id="inf216">
<mml:math id="minf216">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <inline-formula id="inf217">
<mml:math id="minf217">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x25b7;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> <xref ref-type="disp-formula" rid="e44">Eq. 44</xref> <bold>Muffin-tin potential</bold> <inline-formula id="inf218">
<mml:math id="minf218">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>MT</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2190;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>MT</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
</list-item>
<list-item>
<p>7: Boundary terms <inline-formula id="inf219">
<mml:math id="minf219">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of muffin-tin potential. <inline-formula id="inf220">
<mml:math id="minf220">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x25b7;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> <xref ref-type="disp-formula" rid="e31">Eq.&#x20;31</xref>
</p>
</list-item>
<list-item>
<p>8: Radial parts <inline-formula id="inf221">
<mml:math id="minf221">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of muffin-tin potential. <inline-formula id="inf222">
<mml:math id="minf222">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x25b7;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> <xref ref-type="disp-formula" rid="e38">Eq. 38</xref>
</p>
</list-item>
</list>
</p>
</boxed-text>
</p>
<p>In the case that Weinert&#x2019;s method is available as an implemented algorithm, then only relatively few changes are necessary to make it available for the solution of the modified Helmholtz equation. The changes to be made in practice are limited to the following: The slightly different radial behavior of the Green function leads to small changes in the multipole moments of the interstitial and muffin-tin charge densities in each sphere, <inline-formula id="inf223">
<mml:math id="minf223">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <xref ref-type="disp-formula" rid="e50">Eq. 50</xref> and <inline-formula id="inf224">
<mml:math id="minf224">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <xref ref-type="disp-formula" rid="e43">Eq. 43</xref> respectively, and in the Fourier components of the pseudo-charge density <inline-formula id="inf225">
<mml:math id="minf225">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <xref ref-type="disp-formula" rid="e63">Eqs. 63</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e65">65</xref>. The integer <italic>&#x3bd;</italic> in the formula for the pseudo-charge density&#x2019;s Fourier components, which determines the convergence of the Fourier series, is chosen exactly the same as in Weinert&#x2019;s original method. The interstitial potential <xref ref-type="disp-formula" rid="e44">Eq. 44</xref> undergoes changes indirectly through the pseudo-charge density and directly by the prefactor <inline-formula id="inf226">
<mml:math id="minf226">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> that substitutes <inline-formula id="inf227">
<mml:math id="minf227">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Since the <bold>
<italic>K</italic>
</bold> &#x3d; <bold>0</bold>-term is well-defined, it is not set to a constant as in the original method. The muffin-tin potential is affected only in its radial dependence in both the boundary and the source contribution of <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eq. 2.2</xref>. Basically, the polynomials <inline-formula id="inf228">
<mml:math id="minf228">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf229">
<mml:math id="minf229">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in these quantities are substituted by the modified spherical Bessel functions <inline-formula id="inf230">
<mml:math id="minf230">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf231">
<mml:math id="minf231">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively, and the prefactor <inline-formula id="inf232">
<mml:math id="minf232">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is substituted by <inline-formula id="inf233">
<mml:math id="minf233">
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The interstitial potential on the boundary of the spheres, <inline-formula id="inf234">
<mml:math id="minf234">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <xref ref-type="disp-formula" rid="e31">Eq. 31</xref>, only changes indirectly through the changed values of <inline-formula id="inf235">
<mml:math id="minf235">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Conclusion and Outlook</title>
<p>We have presented a general method for solving the modified Helmholtz equation for a 3D-periodic system of charge densities not restricted by any shape approximation of three-dimensional volume. The three-dimensional domain is typically decomposed into non-overlapping atom-centered spheres (the muffin-tin region) and the space between these spheres (the interstitial region). The solution, the Yukawa potential, suffices 3D-periodic boundary conditions. Since the Yukawa differential equation is similar to the Poisson equation, we leveraged our derivations on the work of Weinert [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>]. Our work can be considered an extension of Weinert&#x2019;s work determining instead of the bare Coulomb potential with zero screening, the screened Coulomb potential with finite screening length <inline-formula id="inf236">
<mml:math id="minf236">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Like Weinert&#x2019;s pseudo-charge method, our extension is based on the concept of the non-uniqueness of the multipole expansion as well as on the Dirichlet boundary value problem applied to a sphere. The difference between the modified Helmholtz equation and the Poisson equation lies solely in the radial behavior and thus the homogeneous solutions to the radial part of the differential equation are modified spherical Bessel functions instead of polynomial functions. The consequence is a different radial behavior of the Green function, resulting in the screening of the potential, which is now expanded in modified multipole moments, and this in turn affects the pseudo-charge density. Furthermore, the modification of the multipole moments implies that the modified monopole is not connected anymore to the total charge. We have shown that Weinert&#x2019;s convergence analysis of an absolutely and uniformly convergent Fourier series of the pseudo-charge density is transferred to the modified pseudo-charge density and thus we can therefore best choose the same integer parameters for convergence. Finally we layed out the minor changes necessary to change an implemented method for solving the Poisson equation available to an implementation for solving the modified Helmholtz equation.</p>
<p>Considering that Weinert&#x2019;s pseudo-charge method has become the standard method for calculating the electrostatic potential without shape approximation in all-electron band structure methods for applications of periodic solids, and since we have extended it to a modified pseudo-charge method with only minor modifications involving some radial integrals, this now allows to treat the screened Coulomb potentials without shape approximation described by the modified Helmholtz equation with all-electron methods. The screened Coulomb or Yukawa potential typically occurs in single particle or mean-field theories to the problem of many charged particles, where all charged particles contribute effectively to the screening of the bare Coulomb potential.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec id="s4">
<title>Data Availability Statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/Supplementary Material, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec id="s5">
<title>Author Contributions</title>
<p>MW did all the derivations, provided the proof and the figure. EN and DW supervised the work. SB conceptualized the work. All authors contributed through discussions and to the writing of the&#x20;paper.</p>
</sec>
<sec id="s6">
<title>Funding</title>
<p>This work has been supported by a JARA-HPC seed-fund project and by the MaX Center of Excellence funded by the EU through the H2020-INFRAEDI-2018-1 (Grant No. 824143). The authors gratefully acknowledge the computing time granted by the JARA-HPC Vergabegremium and provided on the JARA-HPC partition&#x2019;s part of the supercomputer JURECA <xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref> at Forschungszentrum J&#xfc;lich, as well as the funds received for open access publication fees from the Forschungszentrum J&#xfc;lich&#x20;GmbH.</p>
</sec>
<sec id="s7" sec-type="COI-statement">
<title>Conflict of Interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<ack>
<p>We would like to thank Gregor Michalicek, Jan Winkelmann, and Rudolf Zeller for fruitful discussions and help with conceptual and computational matters. This manuscript has been released as a pre-print at Hinzen et&#x20;al.&#x20;[<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>].</p>
</ack>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yukawa</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>On the interaction of elementary particles. I</article-title>. <source>Proc Physico-Math Soc Jpn</source> (<year>1935</year>) <volume>33</volume>:<fpage>48</fpage>&#x2013;<lpage>57</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.11429/ppmsj1919.17.0_48</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>H&#xfc;ckel</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Debye</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>The theory of electrolytes. I. lowering of freezing point and related phenomena</article-title>. <source>Phys Z</source> (<year>1923</year>) <volume>24</volume>:<fpage>185</fpage>&#x2013;<lpage>206</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Thomas</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>The calculation of atomic fields</article-title>. <source>Math Proc Cambridge Philos Soc</source> (<year>1927</year>) <volume>23</volume>:<fpage>542</fpage>&#x2013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/S0305004100011683</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fermi</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Eine statistische Methode zur Bestimmung einiger Eigenschaften des Atoms und ihre Anwendung auf die Theorie des periodischen Systems der Elemente</article-title>. <source>Zeitschrift f&#xfc;r Physik</source> (<year>1927</year>) <volume>48</volume>:<fpage>73</fpage>&#x2013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/BF01351576</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hohenberg</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kohn</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Inhomogeneous electron gas</article-title>. <source>Phys Rev</source> (<year>1964</year>) <volume>136</volume>:<fpage>B864</fpage>&#x2013;<lpage>71</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRev.136.B864</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kohn</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sham</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Density function theory</article-title>. <source>J&#x20;Phys Rev</source> (<year>1965</year>) <volume>140</volume>:<fpage>A1133</fpage>&#x2013;<lpage>8</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tran</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Blaha</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Implementation of screened hybrid functionals based on the Yukawa potential within the LAPW basis set</article-title>. <source>Phys Rev B</source> (<year>2011</year>) <volume>83</volume>:<fpage>235118</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevB.83.235118</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Massidda</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Posternak</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Baldereschi</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Hartree-Fock lapw approach to the electronic properties of periodic systems</article-title>. <source>Phys Rev B</source> (<year>1993</year>) <volume>48</volume>:<fpage>5058</fpage>&#x2013;<lpage>68</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevB.48.5058</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kerker</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Efficient iteration scheme for self-consistent pseudopotential calculations</article-title>. <source>Phys Rev B</source> (<year>1981</year>) <volume>23</volume>:<fpage>3082</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Winkelmann</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Di Napoli</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wortmann</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bl&#xfc;gel</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Kerker mixing scheme for self-consistent muffin-tin based all-electron electronic structure calculations</article-title>. <source>Phys Rev B</source> (<year>2020</year>) <volume>102</volume>:<fpage>195138</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevB.102.195138</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kim</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gulans</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Draxl</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Robust mixing in self-consistent linearized augmented planewave calculations</article-title>. <source>Electron Struct</source> (<year>2020</year>) <volume>2</volume>:<fpage>037001</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/2516-1075/ababde</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Weinert</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Solution of Poisson&#x2019;s equation: beyond Ewald-type methods</article-title>. <source>J&#x20;Math Phys</source> (<year>1981</year>) <volume>22</volume>:<fpage>2433</fpage>&#x2013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.524800</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Eyert</surname>
<given-names>V</given-names>
</name>
</person-group>. <source>The plane-wave based full-potential ASW method</source>. <publisher-loc>Berlin, Heidelberg, Germany</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>2013</year>). p. <fpage>113</fpage>&#x2013;<lpage>72</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-642-25864-0&#x2d9;4</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Drittler</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
</person-group>. <source>KKR-Greensche Funktionsmethode f&#xfc;r das volle Zellpotential</source>. [<comment>PhD thesis</comment>]. <publisher-loc>Aachen (Germany)</publisher-loc>: <publisher-name>RWTH Aachen</publisher-name> (<year>1991</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wimmer</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Krakauer</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Weinert</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Freeman</surname>
<given-names>AJ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Full-potential self-consistent linearized-augmented-plane-wave method for calculating the electronic structure of molecules and surfaces: O<sub>2</sub> molecule</article-title>. <source>Phys Rev B</source> (<year>1981</year>) <volume>24</volume>:<fpage>864</fpage>&#x2013;<lpage>75</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevB.24.864</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="book">
<collab>FLEUR</collab>. <source>The J&#xfc;lich FLAPW code family</source>. <comment>Available from: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.flapw.de/">http://www.flapw.de/</ext-link>
</comment> (<year>2020</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Abramowitz</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stegun</surname>
<given-names>IA</given-names>
</name>
</person-group>. &#x201c;<source>Handbook of mathematical functions with formulas, graphs, and mathematical tables,&#x201d; in Ninth dover printing, tenth gpo printing</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Dover</publisher-name> (<year>1964</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Arfken</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>Weber</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Harris</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Mathematical methods for physicists: a comprehensive guide</source>. <publisher-loc>Amsterdam, Netherlands</publisher-loc>: <publisher-name>Elsevier Science</publisher-name> (<year>2013</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Jackson</surname>
<given-names>JD</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Classical electrodynamics</source>. <edition>3rd ed</edition>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Wiley</publisher-name> (<year>1999</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal">
<collab>J&#xfc;lich Supercomputing Centre</collab>. <article-title>JURECA: modular supercomputer at J&#xfc;lich supercomputing centre</article-title>. <source>J&#x20;Large-Scale Res Facil</source> (<year>2018</year>) <volume>4</volume>:<fpage>33</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.17815/jlsrf-4-121-1</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hinzen</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Napoli</surname>
<given-names>ED</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wortmann</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bl&#xfc;gel</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Solution to the modified helmholtz equation for arbitrary periodic charge densities</source> (<year>2020</year>).</citation>
</ref>
</ref-list>
<app-group>
<app id="app1">
<title>APPENDIX</title>
<p>P<sc>roposition</sc> 1. <italic>Let</italic> <inline-formula id="inf237">
<mml:math id="minf237">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
<italic>,</italic> <inline-formula id="inf238">
<mml:math id="minf238">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula id="inf239">
<mml:math id="minf239">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>be either the spherical Bessel function of the first kind,</italic> <inline-formula id="inf240">
<mml:math id="minf240">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
<italic>, or the modified spherical Bessel function of the first kind,</italic> <inline-formula id="inf241">
<mml:math id="minf241">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
<italic>. Then</italic>
<disp-formula id="e70">
<mml:math id="me70">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<italic>holds for all</italic> <inline-formula id="inf242">
<mml:math id="minf242">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2115;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>and all</italic> <inline-formula id="inf243">
<mml:math id="minf243">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2115;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>
<statement>
<p>P<sc>roof</sc> by mathematical induction on <italic>n</italic>. The base case <inline-formula id="inf244">
<mml:math id="minf244">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> follows immediately from the differentiation property <xref ref-type="disp-formula" rid="e49">Eq. 49</xref> of the functions <inline-formula id="inf245">
<mml:math id="minf245">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf246">
<mml:math id="minf246">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, by<disp-formula id="e71">
<mml:math id="me71">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>The induction step uses the property for <inline-formula id="inf247">
<mml:math id="minf247">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf248">
<mml:math id="minf248">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and partial integration with <inline-formula id="inf249">
<mml:math id="minf249">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf250">
<mml:math id="minf250">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, to derive the statement for <italic>n</italic> and <inline-formula id="inf251">
<mml:math id="minf251">
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>. Let<disp-formula id="e72">
<mml:math id="me72">
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#x200b;</mml:mtext>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>be the left-hand side of <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref>. Then<disp-formula id="e73">
<mml:math id="me73">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>where we used the induction hypothesis in the last equation, and thus the proposition follows. &#x220e;</p>
<p>P<sc>roposition</sc> 2. For nonnegative &#x3bb; and R, and <inline-formula id="inf252">
<mml:math id="minf252">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2115;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
<disp-formula id="e74">
<mml:math id="me74">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<italic>holds, with equality if and only if</italic> <inline-formula id="inf253">
<mml:math id="minf253">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>or</italic> <inline-formula id="inf254">
<mml:math id="minf254">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>&#x2003;P<sc>roof</sc>. Since <inline-formula id="inf255">
<mml:math id="minf255">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf256">
<mml:math id="minf256">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> has the expansion [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>]<disp-formula id="e75">
<mml:math id="me75">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf257">
<mml:math id="minf257">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the Pochhammer symbol defined for general <inline-formula id="inf258">
<mml:math id="minf258">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x211d;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf259">
<mml:math id="minf259">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2115;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> by<disp-formula id="e76">
<mml:math id="me76">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<inline-formula id="inf260">
<mml:math id="minf260">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be expanded by<disp-formula id="e77">
<mml:math id="me77">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<inline-formula id="inf261">
<mml:math id="minf261">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> thus becomes<disp-formula id="e78">
<mml:math id="me78">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>and it remains to show that<disp-formula id="e79">
<mml:math id="me79">
<mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>The first term of the sum for <inline-formula id="inf262">
<mml:math id="minf262">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is always 1 irrespective of the values of <italic>&#x3bb;</italic> and <italic>R</italic>. The other summed terms for <inline-formula id="inf263">
<mml:math id="minf263">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are positive, if both <italic>&#x3bb;</italic> and <italic>R</italic> are positive, and zero, if one of the two variables is zero. &#x220e;</p>
</statement>
</p>
</app>
</app-group>
</back>
</article>