A DIRACOVA DISTRIBUCE 1. δ(x) dx = 1, δ(x) = 0 pro x 0. (1) Graficky znázorňujeme Diracovu distribuci šipkou jednotkové velikosti (viz obr. 1).

Podobné dokumenty
VIII. Primitivní funkce a Riemannův integrál

11. cvičení z Matematické analýzy 2

NEWTONŮV INTEGRÁL. V předchozích kapitolách byla popsána inverzní operace k derivování. Zatím nebylo jasné, k čemu tento nástroj slouží.

V předchozích kapitolách byla popsána inverzní operace k derivování. Zatím nebylo jasné, k čemu tento nástroj slouží.

4. přednáška 22. října Úplné metrické prostory. Metrický prostor (M, d) je úplný, když každá cauchyovská posloupnost bodů v M konverguje.

7. Integrální počet Primitivní funkce, Neurčitý integrál

2. Funkční řady Studijní text. V předcházející kapitole jsme uvažovali řady, jejichž členy byla reálná čísla. Nyní se budeme zabývat studiem

26. listopadu a 10.prosince 2016

R n výběr reprezentantů. Řekneme, že funkce f je Riemannovsky integrovatelná na

Jak již bylo uvedeno v předcházející kapitole, můžeme při výpočtu určitých integrálů ze složitějších funkcí postupovat v zásadě dvěma způsoby:

LDF MENDELU. Simona Fišnarová (MENDELU) Určitý integrál ZVMT lesnictví 1 / 26

6. Určitý integrál a jeho výpočet, aplikace

Integrální počet - III. část (určitý vlastní integrál)

17 Křivky v rovině a prostoru

OBECNÝ URČITÝ INTEGRÁL

VIII. Primitivní funkce a Riemannův integrál

Přehled základních vzorců pro Matematiku 2 1

Komplexní čísla tedy násobíme jako dvojčleny s tím, že použijeme vztah i 2 = 1. = (a 1 + ia 2 )(b 1 ib 2 ) b b2 2.

6. a 7. března Úloha 1.1. Vypočtěte obsah obrazce ohraničeného parabolou y = 1 x 2 a osou x.

Křivkový integrál prvního druhu verze 1.0

x + F F x F (x, f(x)).

je jedna z orientací určena jeho parametrizací. Je to ta, pro kterou je počátečním bodem bod ϕ(a). Im k.b.(c ) ( C ) (C ) Obr Obr. 3.5.

+ c. n x ( ) ( ) f x dx ln f x c ) a. x x. dx = cotgx + c. A x. A x A arctgx + A x A c

Integrální počet - II. část (určitý integrál a jeho aplikace)

14. cvičení z Matematické analýzy 2

Riemannův určitý integrál.

Obsah rovinného obrazce

7 KONVOLUCE, KORELACE A AUTOKORELACE 1. 7 Konvoluce a Fourierova transformace konvoluce. Korelace, autokorelace

Integrál a jeho aplikace Tomáš Matoušek

LINEÁRNÍ DIFERENCIÁLNÍ ROVNICE 2.ŘÁDU

II. INTEGRÁL V R n. Obr. 9.1 Obr. 9.2 Integrál v R 2. z = f(x, y)

3. ROVNICE A NEROVNICE Lineární rovnice Kvadratické rovnice Rovnice s absolutní hodnotou Iracionální rovnice 90

Text m ºe být postupn upravován a dopl ován. Datum poslední úpravy najdete u odkazu na staºení souboru. Veronika Sobotíková

Matice. a B =...,...,...,...,..., prvků z tělesa T (tímto. Definice: Soubor A = ( a. ...,..., ra

Petr Hasil. Podpořeno projektem Průřezová inovace studijních programů Lesnické a dřevařské fakulty MENDELU v Brně (LDF)

II. 5. Aplikace integrálního počtu

integrovat. Obecně lze ale říct, že pokud existuje určitý integrál funkce podle různých definic, má pro všechny takové definice stejnou hodnotu.

Při výpočtu obsahu takto omezených rovinných oblastí mohou nastat následující základní případy : , osou x a přímkami. spojitá na intervalu

Obecně: K dané funkci f hledáme funkci ϕ z dané množiny funkcí M, pro kterou v daných bodech x 0 < x 1 <... < x n. (δ ij... Kroneckerovo delta) (4)

Zavedení a vlastnosti reálných čísel PŘIROZENÁ, CELÁ A RACIONÁLNÍ ČÍSLA

4 Mřížka tvořená body, mřížková funkce a její Fourierova transformace, reciproká mřížka

10 Určitý integrál Riemannův integrál. Definice. Konečnou posloupnost {x j } n j=0 nazýváme dělením intervalu [a,b], jestliže platí

Lineární nerovnice a jejich soustavy

8. cvičení z Matematiky 2

11.1 Úvod. Definice : [MA1-18:P11.1] definujeme pro a C: nedefinujeme: Posloupnosti komplexních čísel

Integrální počet - IV. část (aplikace na určitý vlastní integrál, nevlastní integrál)

KŘIVKOVÉ INTEGRÁLY. Křivka v prostoru je popsána spojitými funkcemi ϕ, ψ, τ : [a, b] R jako množina bodů {(ϕ(t), ψ(t), τ(t)); t

Až dosud jsme se zabývali většinou reálnými posloupnostmi, tedy zobrazeními s definičním

15 Fourierova transformace v hypersférických souřadnicích

NMAF061, ZS Písemná část zkoušky 25. leden 2018

Matematika 1A. PetrSalačaJiříHozman Fakulta přírodovědně-humanitní a pedagogická Technická univerzita v Liberci

PRAVDĚPODOBNOST A STATISTIKA. Náhodná proměnná Vybraná spojitá rozdělení

ZÁKLADY. y 1 + y 2 dx a. kde y je hledanou funkcí proměnné x.

INTEGRÁLY S PARAMETREM

Kapitola Křivkový integrál 1. druhu Délka oblouku

Spojitost funkce v bodě, spojitost funkce v intervalu

Definice. Nechť k 0 celé, a < b R. Definujeme. x < 1. ϕ(x) 0 v R. Lemma [Slabá formulace diferenciální rovnice.] x 2 1

Příklad 22 : Kapacita a rozložení intenzity elektrického pole v deskovém kondenzátoru s jednoduchým dielektrikem

Kapitola 8: Dvojný integrál 1/26

Diferenciální počet. Spojitost funkce

I Diferenciální a integrální počet funkcí jedné proměnné 3

množina, na které je zavedena určitá struktura. Zejména, součet každých dvou prvků X = [x 1,..., x n ] R n,

Souhrn základních výpočetních postupů v Excelu probíraných v AVT listopad r r. . b = A

Křivkový integrál funkce

25. KONFERENCE O GEOMETRII A POČÍTAČOVÉ GRAFICE

NMAF061, ZS Písemná část zkoušky 16. leden 2018

4 Příklady Fraunhoferových difrakčních jevů

INTEGRACE KOMPLEXNÍ FUNKCE KŘIVKOVÝ INTEGRÁL

SYLABUS PŘEDNÁŠKY 7 Z GEODÉZIE 1

I Diferenciální a integrální počet funkcí jedné proměnné 5

2.2.9 Grafické řešení rovnic a nerovnic

je daná funkce. Množinu všech primitivních funkcí k f na I nazveme neurčitým f(x)dx nebo f.

Křivka a její délka. Kapitola 5. 1 Motivace a základní pojmy

Řešené příklady k MAI III.

2. Pokud nedojde k nejasnostem, budeme horní a dolní součty značit pouze

1. Pokyny pro vypracování

7. Integrál přes n-rozměrný interval

13. Exponenciální a logaritmická funkce

vás seznámí s učivem, které v dané kapitole poznáte a které byste po jejím prostudování měli umět.

Limita posloupnosti, limita funkce, spojitost. May 26, 2018

(1) přičemž všechny veličiny uvažujeme absolutně. Její úpravou získáme vztah + =, (2) Přímé zvětšení Z je dáno vztahem Z = =, a a

Zkoušku snadno provedeme tak, že do soustavy (1), která je ekvivalentní dané soustavě rovnic, dosadíme příslušné hodnoty s a p.

4. cvičení z Matematiky 2

Správné řešení písemné zkoušky z matematiky- varianta A Přijímací řízení do NMgr. studia učitelských oborů 2010

22 Základní vlastnosti distribucí

2.1 - ( ) ( ) (020201) [ ] [ ]

Výpočet obsahu rovinného obrazce

18. x x 5 dx subst. t = 2 + x x 1 + e2x x subst. t = e x ln 2 x. x ln 2 x dx 34.

9. T r a n s f o r m a c e n á h o d n é v e l i č i n y

4.4.3 Kosinová věta. Předpoklady:

Matematické metody v kartografii

Primitivní funkce. Definice a vlastnosti primitivní funkce

Seznámíte se s další aplikací určitého integrálu výpočtem objemu rotačního tělesa.

Technická univerzita v Liberci. Pedagogická fakulta. Katedra matematiky a didaktiky matematiky. Matematika I. (Obor: Informatika a logistika)

Masarykova univerzita

Úlohy školní klauzurní části I. kola kategorie C

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ MATEMATIKA K PŘIJÍMACÍM ZKOUŠKÁM NA PEF

III.4. Fubiniova (Fubiniho) věta pro trojný integrál

Kapitola 2: Spojitost a limita funkce 1/20

Úlohy krajského kola kategorie A

Transkript:

A DIRACOVA DISTRIBUCE A Dircov distribuce A Definice Dircovy distribuce Dircovu distribuci δx) lze zvést třemi ekvivlentními způsoby ) Dirc [] ji zvedl vzthy δx) dx, δx) pro x ) Grficky znázorňujeme Dircovu distribuci šipkou jednotkové velikosti viz obr ) Obrázek : Znázornění Dircovy distribuce δx) 2) Filtrční vlstnost Dircovy distribuce je jinou možnou definicí: Předpokládejme, že funkce fx) je spojitá v intervlu x, x 2, nebo že má v tomto intervlu nejvýše konečný počet bodových nespojitostí Pk [ 2 fx ) + fx + )], když x x, x 2 ), fx) δx x ) dx x x2 2 fx+ ), když x x, 2 fx ), když x x 2,, když x x, x 2 Je-li funkce fx) spojitá, redukuje se ovšem první ze vzthů 2) do tvru x2 x fx) δx x ) dx fx ), když x x, x 2 ), 2) což je nejčstěji se vyskytující tvr výběrové vlstnosti viz obr 2) 2) Obrázek 2: Filtrční vlstnost Dircovy distribuce 3) Při konkrétních výpočtech čsto dospějeme k Dircově distribuci jko k limitě posloupnosti funkcí δ p x) δx) lim δ px)

2 A DIRACOVA DISTRIBUCE Funkce δ p x) musí splňovt dvě podmínky: lim δ p x) dx ; lim Ve většině přípdů splňují funkce δ p x) přísnější podmínky: δ p x ) 3) lim x δ p x) δ p x) dx ; lim δ px ) 3) A2 Příkldy funkcí δ p x) ) Snd nejnázornějším příkldem funkcí δ p x) je viz obr 3) Je zřejmé, že tyto funkce splňují podmínky A3) δ p x) p rect px) ) Obrázek 3: Grf funkce δ p x) p rect px) b) Jiným názorným příkldem jsou funkce δ p x) p tri px) 2) viz obr 4) Tké tyto funkce splňují podmínky A3) Obrázek 4: Grf funkce δ p x) p tri px) c) Dlším důležitým příkldem je posloupnost funkcí p δ p x) π exp px2 ) 3) viz obr 5) Ukážeme, že tké tyto funkce splňují podmínky A3): p δ p x) dx exp px 2 ) dx exp t 2 ) dt π π Integrál I exp t2 ) dt vypočteme tkto:

A DIRACOVA DISTRIBUCE 3 I 2 exp x 2 ) dx, tkže Obrázek 5: Grf funkce δ p x) p/π) exp px 2 ) I 2 4 4 π π/2 exp x 2 ) dx exp y 2 ) dy 4 exp r 2 )r dϕ dr 2π exp s) ds π Odtud I π) Druhá podmínk A3) je rovněž splněn: lim δ px ) p lim π exppx 2 ) x exp r 2 )r dr exp [ x 2 + y 2 ) ] dx dy 2x 2 π lim exp px 2 ) p x d) Rovněž funkce viz obr 6) splňují podmínky A3): δ p x) dx π δ p x) π p dx + p 2 x 2 π lim δ px ) π lim p + p 2 x 2 p + p 2 x 2 4) dt + t 2 π rctg t π lim x 2px 2 t t x e) Při výpočtech důkzech vět o Fourierově trnsformci se čsto setkáváme s formálně různými vyjádřeními funkce

4 A DIRACOVA DISTRIBUCE Obrázek 6: Grf funkce δ p x) π p +p 2 x 2 Obrázek 7: Grf funkce δ p x) sin px πx δ p x) p exp±itx) dt 2π p π viz obr 7) První z podmínek A3) je splněn: p cos tx dt π sin px x p π sin px px 5) δ p x) dx π 2 π sin px x sin y y dx π dy 2 π π 2 srov npř [2], 372, [3], 5225) Druhá z podmínek A3) všk splněn není, neboť příslušná limit sin px neexistuje Funkce δ p x) πx pro x nbývá totiž hodnoty z intervlu πx, πx, jenž nezávisí n p Podmínk A3) ovšem splněn je, neboť lim x δ p x) p π, tkže δ p x ) lim lim x δ p x) lim sin px π sin px lim πx p px x x sin y y dy

A DIRACOVA DISTRIBUCE 5 A3 Vlstnosti Dircovy distribuce ) Jsou-li x n kořeny rovnice fx) je-li f x n ), pltí δfx)) n δx x n ) f x n ) ) Důkz: Zvolme v okolí kždého kořene x n tková čísl n, b n, že n < x n < b n fx) je v intervlu < n, b n > monotónní Pk zřejmě pltí kde gx)δfx)) dx n I n, 2) I n b n n gx)δfx)) dx Substitucí x x n )f x n ) t dostneme I n f x n ) b n b n x n)f x n) n x n)f x n) Je-li f x n ) <, je dolní mez integrce větší než horní pltí I n f x n ) n x n)f x n) b n x n)f x n) g n gx)δx x n )f x n )) dx 3) g ) t f x n ) + x n δt) dt 4) ) t f x n ) + x n δt) dt gx n) f x n ) Ze vzthů 2) 3) z filtrční vlstnosti Dircovy distribuce A2) pk plyne gx)δfx)) dx n gx n ) f x n ) n b n f gx)δx x n ) dx 5) x n ) n Je-li f x n ) >, vyplývá pltnost vzthu 5) bezprostředně z 2), 4) A2) Tím je tvrzení ) dokázáno Důležitými důsledky vzthu ) jsou: δ x) δx), 6) b) Pltí tj δx x ) δ δ sin π x ) π δx 2 2 ) δx) 2 m x x ), 7) δx m), 8) δx ) + δx + ) 9) 2 ) d x, ) dx x δx) dhx) dx, )

6 A DIRACOVA DISTRIBUCE kde je Hevisidov funkce Důkz: 2 ) d x dx x 2 lim Hx) 2 d 2 dx + x ) x π rctg px π lim 2) p + p 2 δx) 3) x2 srv A24)) c) Při výpočtech konvoluce korelce se používá těchto vlstností Dircovy distribuce: fx) δx ) f) δx ), 4) d c δx ) δx b) dx δ b), c < min, b), d > mx, b) 5) A4 Dircov distribuce získná úplným systémem ortonormálních funkcí Zjímvá čsto potřebná vyjádření Dircovy distribuce lze získt pomocí soustvy ortonormálních funkcí Tvoří-li funkce ψ n x), kde n jsou celá čísl, úplný ortonormální systém funkcí n intervlu x, x + jsou-li x x vnitřní body tohoto intervlu, tj x, x x, x + ), je ψnx) ψ n x ) δx x ), ) n kde se sčítá přes všechn n, pro něž je ortonormální systém {ψ n x)} úplný Důkz: K důkzu tvrzení ) stčí ukázt, že levá strn rovnice ) má filtrční vlstnost Dircovy distribuce tj že pltí x+ x fx) δx x ) dx fx ), x+ fx) ψnx) ψ n x ) dx fx ) 2) x n Abychom dokázli 2), rozložíme funkci fx) do funkcí ortonormálního systému {ψ n x)}, tj: fx) m c m ψ m x), 3) kde c m x+ x fx) ψ mx) dx Řdu 3) dosdíme z funkci fx) ve výrzu n levé strně vzthu 2), změníme pořdí integrce sčítání použijeme podmínku ortonormlity x+ x ψ nx) ψ m x) dx δ m,n : x+ x m c m ψ m x) n x+ ψnx) ψ n x ) dx c m ψ n x ) ψnx) ψ m x) dx m n x c m ψ n x ) δ m,n m n c m ψ m x ) fx ) m

A DIRACOVA DISTRIBUCE 7 Tím jsme dostli prvou strnu vzthu 2) tvrzení ) je tím dokázáno Funkce ψ n x) exp in2π x ), n, ±, ±2, tvoří úplný ortonormální systém n kždém intervlu délky, tedy tké n intervlu /2, /2 Podle ) tedy pltí n exp in2π x x ) δx x ), x, x 2, ) 2 Kždý sčítnec nekonečné geometrické řdy n levé strně předcházejícího vzthu je periodickou funkcí s periodou Má proto touž periodu i součet této řdy, proto pro všechn x, x pltí n exp in2π x x ) m δx x m) 4) Vzth 4) je důležitý k důkzu tvrzení, že Fourierov trnsformce mřížkové funkce je úměrná mřížkové funkci chrkterizující reciprokou mřížku viz odst 43) To pltí pro mřížky libovolné dimenze N, kde N je přirozené číslo Abychom se připrvili n důkz v prostoru libovolné dimenze N, oznčujeme délku intervlu, tkže v 4) může mít kldnou nebo zápornou hodnotu) Řdu n levé strně vzthu 4) lze npst v různých tvrech Npříkld + 2 n cos n2π x x ) m Řd n levé strně 4) je geometrickou řdou s kvocientem exp i2π x x n exp in2π x x ) lim Sečteme-li 2p + sčítnců této limity, dostneme lim Tkže p n p exp in2π x x ) lim lim lim { { exp exp p n p δx x m) 5) exp in2π x x ) ) Můžeme ji nhrdit limitou ip2π x x ) [ ]} exp i2p + )2π x x exp ) i2π x x ip2π x x ) [ exp i2p + )π x x ] exp ) iπ x x ] [ ]} exp i2p + )π x x exp [ i2p + )π x x lim exp iπ x x ] sin [ 2p + )π x x sin ) π x x sin [ ] 2p + )π x x sin ) π x x m ) exp iπ x x ) δ x x m ) 6) A5 Dircov distribuce v E N ) Krtézské souřdnice D f x)δ x x ) d N x f x ), když x D )

8 A DIRACOVA DISTRIBUCE Poněvdž D fx, x 2,, x N )δx x )δx 2 x 2 ) δx N x N ) dx dx 2 dx N fx, x 2,, x N ), plyne z toho, že v krtézských souřdnicích Je zřejmé, že N δ x x ) δx x )δx 2 x 2 ) δx N x N ) δx k x k ) 2) k δ x) δ x) 3) N b) Obecné souřdnice Nechť x, x 2,, x N je N-rozměrná krtézská soustv souřdnic y, y 2,, y N je N-rozměrná soustv obecných souřdnic Nechť obě soustvy spolu souvisejí vzthy x x y,, y N ), x 2 x 2 y,, y N ), x N x N y,, y N ) s jcobiánem Jy,, y N ) x x y N y,, x N y,, x N y N Má-li bod P souřdnice x P ), x P ) 2,, x P ) N yp ), y P ) 2,, y P ) ) N je-li JyP,, y P ) N ), je δx x P ) )δx 2 x P ) 2 ) δx N x P ) N ) Jy,, y N ) δy y P ) )δy 2 y P ) 2 ) δy N y P ) N ) 4) Je-li všk Jy P ),, y P ) ) N ) je-li bod P určen k souřdnicemi yp, y P ) 2,, y P ) k to znmená, že N k souřdnic y k+, y k+2,, y N je pro určení bodu P nepodsttných), oznčíme integrál z jcobiánu přes nepodsttné souřdnice J k y,, y k ) Jy,, y N ) dy k+ dy N pltí δx x P ) )δx 2 x P ) 2 ) δx N x P ) N ) J k y,, y k ) δy y P ) )δy 2 y P ) 2 ) δy k y P ) k ) 5) c) Příkld: Polární souřdnice v E 2

A DIRACOVA DISTRIBUCE 9 x r cos ϕ, x 2 r sin ϕ, Jr, ϕ) cos ϕ sin ϕ r sin ϕ r cos ϕ r i) V bodech P r P ), ϕ P )), r P ), je δx x P ) )δx 2 x P ) 2 ) δr rp ) )δϕ ϕ P ) ) r ii) V bodě P r P ) je ϕ nepodsttná souřdnice, tkže J r) α+2π α r dϕ 2πr, d) Příkld: Sférické souřdnice v E 3 viz obr 8) δx )δx 2 ) δr) 2πr x r sin ϑ cos ϕ, x 2 r sin ϑ sin ϕ, x 3 r cos ϑ, Obrázek 8: Sférické souřdnice Jr, ϑ, ϕ) x r x 2 r x 3 r x ϑ x 2 ϑ x 3 ϑ x ϕ x 2 ϕ x 3 ϕ sin ϑ cos ϕ r cos ϑ cos ϕ r sin ϑ sin ϕ sin ϑ sin ϕ r cos ϑ sin ϕ r sin ϑ cos ϕ cos ϑ r sin ϑ r 2 sin ϑ i) V bodě P, jehož souřdnice jsou r P ), ϑ P ), ϑ P ) π, tj když Jr P ), ϑ P ), ϕ P ) ), je δx x P ) )δx 2 x P ) 2 )δx 3 x P ) 3 ) δr rp ) )δϑ ϑ P ) )δϕ ϕ P ) ) r 2 sin ϑ ii) V bodě P, jehož souřdnice jsou r P ), ϑ P ), nebo ϑ P ) π, je Jr P ), ϑ P ), ϕ P ) ) J 2 r, ϑ) 2π r 2 sin ϑ dϕ 2πr 2 sin ϑ

A DIRACOVA DISTRIBUCE Tkže δx )δx 2 )δx 3 x P ) 3 ) δr rp ) )δϑ) 2πr 2 sin ϑ iii) V bodě P, jehož souřdnice r P ), je Jr P ), ϑ P ), ϕ P ) ) Tkže J r) π 2π r 2 sin ϑ dϕ dϑ 4πr 2 δx )δx 2 )δx 3 ) δr) 4πr 2 e) Příkld: Kosoúhlé souřdnice důležité pro Fourierovu trnsformci mřížek) Nechť Jink zpsáno x i ik y k, det ik det A nebo s použitím mtic x y + + N y N, x N N y + + NN y N, x x N,, N N,, NN y y N, tj x A y Poněvdž je x i y k ik, Jy,, y N ),, N N,, NN det A tj δx x P ) ) δx N x P ) N ) det A δy y P ) ) δy N y P ) N ), δ x x P ) ) det A δ y yp ) )

A DIRACOVA DISTRIBUCE A6 Poznámky zjímvosti δ p x) 22n 3 n )!n 2)! 2n 3)! δ p x) p ) 2 + p 2 x 2 ) 3/2 p π + p 2 x 2, n 2, 3, 2) ) n ) 2 sin px 3) δ p x) p π px δy y ) y J m xy)j m xy )x dx 4) δ p x, y) p π exp{ p[ exp x2 y 2 )]} 5) δ p x, y) p2 π circ p x 2 + y 2 ) δ p x, y) p 2 J p ) x 2 + y 2 4π p 7) x 2 + y 2 δxy) 6) δx) + δy) x2 + y 2 8) Reference [] Dirc P A M: The Principles of Quntum Mechnics 4th edition At the Clrendon Press, Oxford 958, 5 [2] Grdshteyn I S, Ryzhik I M: Tble of Integrls, Series, nd Products Acdemic Press, New York nd London 994 [3] Abrmowitz M, Stegun I A: Hndbook of Mthemticl Functions Dover Publictions, Inc, New York 972

2 A DIRACOVA DISTRIBUCE