Airy Quantization for Half-Line Schrödinger Operators with Mixed Boundary Conditions and Perturbed Linear Potentials

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José Angel Gómez Hernández
Juan Toribio Milane
Ángel Miguel Polanco Fernández

Abstract

This paper develops a self-adjoint spectral framework for half-line Schrödinger operators with a linear potential and mixed boundary conditions in the Airy setting. We construct the corresponding self-adjoint realization and prove that it is bounded from below and has compact resolvent, implying a purely discrete spectrum. Within this framework, we derive a unified Airy quantization law for Dirichlet, Neumann, and Robin boundary conditions, and establish the simplicity of the mixed spectrum, orthogonality of eigenfunctions, interlacing of the positive roots, and closed normalization formulas. We also obtain the Weyl asymptotics of the positive mixed eigenvalues and identify the critical Robin parameter ρc=−Ai′(0)/Ai(0), which separates a strictly positive spectrum from the appearance of exactly one negative eigenvalue. We further analyze the dependence of the spectrum and the normalized eigenfunctions on the boundary condition, providing a spectral interpretation of the transition between Dirichlet, Neumann, and Robin realizations. For perturbed operators of the form Fx+εW(x), with W∈L∞(0,∞), we obtain explicit first-order corrections to eigenvalues and eigenfunctions in terms of Airy-function integrals, illustrating the theory with exponentially and rationally decaying bounded perturbations. Numerical values for ρ=0 and ρ=0.5 show that the rational perturbation produces larger first-order shifts and that the response to the Robin parameter depends on the state. The analysis shows that the boundary interaction alone controls the energy levels and the spatial localization of the bound states, while the dominant confining behavior of the linear potential preserves the discreteness of the spectrum under bounded perturbations. The results provide a unified analytical framework connecting self-adjoint spectral theory, Airy special functions, and one-dimensional quantum models with boundary interactions.

Article Details

Section

Ciencias Formales y Naturales

Author Biographies

José Angel Gómez Hernández, Institute of Mathematics, Faculty of Sciences, Universidad Autónoma de Santo Domingo (UASD)

José Angel Gómez Hernández es maestro en Matemática Pura por la UASD y docente de esa universidad en las áreas de análisis matemático y cálculo. Forma parte de la Carrera Nacional de Investigación como Asistente de Investigación y participa en el proyecto “Polinomios extremales con respecto a normas de Sobolev y aplicaciones” (2020–2021–1D1–137), junto al investigador principal Juan Toribio Milane. Ha sido ponente en congresos nacionales e internacionales organizados por la UASD y el MESCyT. Habla inglés con fluidez y es miembro pleno de las Sociedades de Matemáticas y Física de la República Dominicana.

Juan Toribio Milane, Institute of Mathematics and Institute of Physics, Faculty of Sciences, Universidad Autónoma de Santo Domingo (UASD)

Juan Toribio Milane es un académico dominicano con trayectoria en investigación, docencia y gestión universitaria, miembro de la Carrera Nacional de Investigación y participante en diversos proyectos como investigador principal y coinvestigador. Posee maestrías en Matemáticas y Física por la Universidad Autónoma de Santo Domingo (UASD), con especialización en Análisis Real, Análisis de Variables Complejas, Análisis Funcional, Teoría de la Medida e Integración, Topología y Ecuaciones Diferenciales Parciales. Ha sido asesor de más de quince tesis de maestría y docente en programas de posgrado en Física, donde ha impartido asignaturas como Métodos Matemáticos y Física Cuántica, además de ejercer la docencia en los departamentos de Física y Matemáticas de la UASD. En el ámbito de la gestión académica, fue director de Investigación del Recinto UASD Santiago y coordinador de la maestría en Matemáticas Puras, así como docente en programas propedéuticos de Química y Estadística. También trabajó como docente y coordinador general de Matemáticas en el colegio bilingüe New Horizons y cuenta con más de una década de experiencia en la docencia secundaria pública. Actualmente cursa la fase final de un doctorado interuniversitario en Matemáticas Puras y Aplicadas, desarrollado entre la UASD, la PUCMM y el INTEC, y coordina el grupo de Análisis Matemático y Matemática Aplicada (GAMMA). Es miembro pleno de las sociedades dominicanas de Matemáticas y de Física, y su trayectoria integra formación rigurosa, vocación docente y compromiso sostenido con el desarrollo científico nacional.

Ángel Miguel Polanco Fernández, Department of Mathematics and Physics, Universidad Tecnológica de Santiago (UTESA)

Profesor de matemáticas de la Universidad Tecnológica de Santiago, UTESA. Egresado de la maestría en ciencias matemáticas puras en UASD-Santiago y de Telemática en PUCMM.

How to Cite

Airy Quantization for Half-Line Schrödinger Operators with Mixed Boundary Conditions and Perturbed Linear Potentials. (2026). Alma Mater, 1(2). https://doi.org/10.64678/deq1ch92

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