Έστω μια συνεχής (και σχετικά ομαλή) συνάρτηση f( x ), x [0, L]

Σχετικά έγγραφα
Το κυματοπακέτο. (Η αρίθμηση των εξισώσεων είναι συνέχεια της αρίθμησης που εμφανίζεται στο εδάφιο «Ελεύθερο Σωμάτιο».

Στο κεφάλαιο που ακολουθεί θα ασχοληθούμε με την (μη ομογενή) κυματική εξίσωση σε D χωρικές και 1 χρονική διάσταση :

(β) Από την έκφραση (22) και την απαίτηση (20) βλέπουμε ότι η συνάρτηση Green υπάρχει αρκεί η ομογενής εξίσωση. ( L z) ( x) 0

Στο κεφάλαιο που ακολουθεί θα ασχοληθούμε με την ( μη ομογενή ) εξίσωση Helmholtz σε D χωρικές διαστάσεις :

[1] είναι ταυτοτικά ίση με το μηδέν. Στην περίπτωση που το στήριγμα μιας συνάρτησης ελέγχου φ ( x)

Sˆy. Η βάση για την οποία συζητάμε απαρτίζεται από τα ανύσματα = (1) ˆ 2 ± =± ± Άσκηση 20. (βοήθημα θεωρίας)

Συνεχές Φάσµα - Συνάρτηση δέλτα (Dirac)

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 15: Η έννοια του κυματοπακέτου στην Kβαντομηχανική. Τερζής Ανδρέας Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

ΜΕΓΙΣΤΙΚΟΣ ΤΕΛΕΣΤΗΣ 18 Σεπτεμβρίου 2014

3. Κεφάλαιο Μετασχηματισμός Fourier

Πανεπιστήµιο Αθηνών. προς το χρόνο και χρησιµοποιείστε την εξίσωση Schrodinger για να βρείτε τη χρονική παράγωγο της κυµατοσυνάρτησης.

X = συνεχης. Είναι εμφανές ότι αναγκαία προϋπόθεση για την ύπαρξη της ροπογεννήτριας

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ II (ΑΠΕΙΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΣΕ ΠΕΡΙΟΧΗ/ΠΕΡΙΟΧΕΣ), και τις ενεργειακές στάθμες του, 2. E E E, όπου ˆ

z=± Η εξίσωση αυτή μας λέει αμέσως ότι η συνάρτηση Green σε δύο διαστάσεις είναι

Μέϑοδοι Εφαρμοσμένων Μαϑηματιϰών (ΜΕΜ 274) Λύσεις Θεμάτων Εξέτασης Ιούνη 2019

Παράδειγμα 14.2 Να βρεθεί ο μετασχηματισμός Laplace των συναρτήσεων

ˆ pˆ. παραγωγίστε ως προς το χρόνο και χρησιμοποιείστε την εξίσωση Schrodinger για να βρείτε τη χρονική παράγωγο της κυματοσυνάρτησης. Θα βρείτε.

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 7: Μετασχηματισμός Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Μιγαδικός λογισμός και ολοκληρωτικοί Μετασχηματισμοί

, που, χωρίς βλάβη της γενικότητας, μπορούμε να θεωρήσουμε χρονική στιγμή μηδέν, δηλαδή

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 9: Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Προβλήματα που αφορούν εντολές ελέγχου της ροής ενός προγράμματος.

ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ. Ασκήσεις Κεφαλαίου Ι

και A = 1 Το πρόβλημα των μη ομογενών συνοριακών συνθηκών.

( y = 2, x R) και ( y = 0, x R ) ή ισοδύναμα πάνω στην ευθεία z = 2

Δομή Διάλεξης. Εύρεση ακτινικού μέρους εξίσωσης Schrödinger. Εφαρμογή σε σφαιρικό πηγάδι δυναμικού απείρου βάθους. Εφαρμογή σε άτομο υδρογόνου

KΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΕ ΜΙΑ ΔΙΑΣΤΑΣΗ

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών. στο χώρο της συχνότητας

Το πρόβλημα των μηδενικών ιδιοτιμών.

Κλασική Ηλεκτροδυναμική

7. ΑΝΩΜΑΛΑ ΣΗΜΕΙΑ, ΠΟΛΟΙ ΚΑΙ ΤΟ ΘΕΩΡΗΜΑ ΤΩΝ ΟΛΟΚΛΗΡΩΤΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΙΠΩΝ. και σε κάθε γειτονιά του z

ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΥ 2011 ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΘΕΜΑΤΩΝ

Ε π ι μ έ λ ε ι α Κ Ο Λ Λ Α Σ Α Ν Τ Ω Ν Η Σ

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

Κεφ. 3: Παρεμβολή. 3.1 Εισαγωγή. 3.2 Πολυωνυμική παρεμβολή Παρεμβολή Lagrange Παρεμβολή Newton. 3.3 Παρεμβολή με κυβικές splines

Στοχαστικές Μέθοδοι στους Υδατικούς Πόρους Φασματική ανάλυση χρονοσειρών

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 2: Στοιχειώδη Σήματα Συνεχούς Χρόνου. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

(με ιδιοτιμές 1,0 και 1 αντίστοιχα ) είναι οι. i i i. ui ui u. i Tr u u Tr ˆ Fˆ

I. ΜΙΓΑΔΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ. math-gr

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Σπιν 1 2. Γενικά. Ŝ και S ˆz γράφονται. ιδιοκαταστάσεις αποτελούν ορθοκανονική βάση στον χώρο των καταστάσεων του σπιν 1 2.

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Κβαντική Θεωρία ΙΙ. Κεντρικά Δυναμικά Διδάσκων: Καθ. Λέανδρος Περιβολαρόπουλος

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ. z x y 2xyi. Re z x y. Θα δείξουμε ότι για τους μιγαδικούς αριθμούς z για τους οποίους ισχύει ότι. z z zz. zz zz z z 1 0 z z 1 (1)

Κίνηση σε Μονοδιάστατα Τετραγωνικά Δυναμικά

Όταν δεν υπάρχει κίνδυνος σύγχυσης γράφουμε συνήθως ο τοπολογικός χώρος X και χρησιμοποιούμε την σύντμηση τ.χ. (= τοπολογικός χώρος).

Πανεπιστήμιο Αθηνών Τμήμα Φυσικής Κβαντομηχανική ΙΙ

M. J. Lighthill. g(y) = f(x) e 2πixy dx, (1) d N. g (p) (y) =

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

18 ΟΡΘΟΓΩΝΙΑ ΠΟΛΥΩΝΥΜΑ

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 6: Ανάλυση Σημάτων σε Ανάπτυγμα Σειράς Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Â. Θέλουμε να βρούμε τη μέση τιμή

Κεφ. 5: Ολοκλήρωση. 5.1 Εισαγωγή

fysikoblog.blogspot.com

KΕΦΑΛΑΙΟ 2. H εξίσωση θερμότητας.

9.9 Ανεξαρτησία του επικαμπυλίου ολοκληρώματος από την καμπύλη ολοκληρώσεως. Συνάρτηση δυναμικού

Λύσεις μερικών ασκήσεων του τρίτου φυλλαδίου.

ΑΛΓΕΒΡΑ Α ΛΥΚΕΙΟΥ. 8. Πότε το γινόμενο δύο ή περισσοτέρων αριθμών παραγόντων είναι ίσο με το μηδέν ;

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Σημειώσεις Ανάλυσης Ι (ανανεωμένο στις 5 Δεκεμβρίου 2012)

Μεταθέσεις και πίνακες μεταθέσεων

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες. Δομή της παρουσίασης

ΜΕΘΟΔΟΣ ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

ΟΙΚΟΝΟΜΕΤΡΙΑ. Παπάνα Αγγελική

Φυσική για Μηχανικούς

Pr(10 X 15) = Pr(15 X 20) = 1/2, (10.2)

 = 1 A A = A A. A A + A2 y. A = (A x, A y ) = A x î + A y ĵ. z A. 2 A + A2 z

Δυναμική Μηχανών I. Επίλυση Προβλημάτων Αρχικών Συνθηκών σε Συνήθεις. Διαφορικές Εξισώσεις με Σταθερούς Συντελεστές

~ 1 ~ ΜΙΓΑΔΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ & ΟΛΟΚΛΗΡΩΤΙΚΟΙ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΥ 2013 ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΘΕΜΑΤΩΝ

ΑΝΑΛΥΣΗ ΙΙ- ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΟΙ ΜΗΧΑΝΙΚΟΙ ΦΥΛΛΑΔΙΟ 1/2012

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Σηµειώσεις στις σειρές

Εφαρμογές της κβαντομηχανικής. Εφαρμογές της κβαντομηχανικής

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο. ΓΕΩΜΕΤΡΙΚOΣ ΤΟΠΟΣ ΤΩΝ PIZΩN ή ΤΟΠΟΣ ΕVANS

Σήματα και Συστήματα

Στην πράξη βρίσκουμε το Ν Α [το P (A)] όχι με παρατηρήσεις, αλλά με τη χρήση της λογικής (π.χ. ζάρι) ή της Φυσικής (π.χ. όγκος)

Δομή Διάλεξης. Οι τελεστές της τροχιακής στροφορμής στην αναπαράσταση της θέσης. Τελεστές δημιουργίας και καταστροφής για ιδιοκαταστάσεις στροφορμής

Κεφ. 5: Ολοκλήρωση. 5.1 Εισαγωγή

5 Σύγκλιση σε τοπολογικούς χώρους

Χρησιμοποιείστε την πληροφορία αυτή για να δείξετε ότι ο τελεστής που θα μεταφέρει το άνυσμα

Λύση Εξίσωσης Laplace: Χωρισμός Μεταβλητών

1 + t + s t. 1 + t + s

Αρχίζουµε µε την µη συµµετρική µορφή του απειρόβαθου κβαντικού πηγαδιού δυναµικού, το οποίο εκτείνεται από 0 έως L.

. Σήματα και Συστήματα

Η κυματοσυνάρτηση στην αναπαράσταση ορμής Ασκήσεις. Σπύρος Κωνσταντογιάννης Φυσικός, M.Sc. 8 Δεκεμβρίου 2017

Η Αναπαράσταση της Θέσης (Position Representation)

με Τέλος πάντων, έστω ότι ξεκινάει ένα άλλο υποθετικό σενάριο που απλά δεν διευκρινίζεται. Για το i) θα έχουμε , 2

0x2 = 2. = = δηλαδή η f δεν. = 2. Άρα η συνάρτηση f δεν είναι συνεχής στο [0,3]. Συνεπώς δεν. x 2. lim f (x) = lim (2x 1) = 3 και x 2 x 2

ΒΟΗΘΗΤΙΚΕΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΣΤΑ ΓΕΝΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ

Απειροστικός Λογισμός Ι, χειμερινό εξάμηνο Λύσεις δέκατου φυλλαδίου ασκήσεων. 2 x dx = 02 ( 2) 2

Γραμμική Αλγεβρα ΙΙ Διάλεξη 1 Εισαγωγή Χρήστος Κουρουνιώτης Πανεπισ τήμιο Κρήτης 19/2/2014 Χ.Κουρουνιώτης (Παν.Κρήτης) Διάλεξη 1 19/2/ / 13

κυρτές συναρτήσεις. Αν η g είναι γνησίως αύξουσα τότε η gof : είναι κυρτή. . Θα δείξουμε ότι η h είναι γνησίως αύξουσα.

Παραδείγματα Ιδιοτιμές Ιδιοδιανύσματα

ETY-202. Ο γενικός φορμαλισμός Dirac ETY-202 ΎΛΗ & ΦΩΣ 05. Ο ΓΕΝΙΚΟΣ ΦΟΡΜΑΛΙΣΜΟΣ DIRAC. Στέλιος Τζωρτζάκης 21/11/2013

Παντελής Μπουμπούλης, M.Sc., Ph.D. σελ. 2 math-gr.blogspot.com, bouboulis.mysch.gr

f(x) = και στην συνέχεια

Κβαντομηχανική Ι 1o Σετ Ασκήσεων. Άσκηση 1

= + =. cos ( ) sin ( ) ˆ ˆ ˆ. Άσκηση 4.

Transcript:

c Σειρές Fourier-Μετασχηματισμός Fourier Έστω μια συνεχής (και σχετικά ομαλή) συνάρτηση f( ) [ ] για την οποία ξέρουμε ότι f() = f( ) =. Μια τέτοια συνάρτηση μπορούμε πάντα να τη γράψουμε : π f( ) = A si( ) () με A = π = df ( ) si( ) () Για να ελέγξουμε τον ισχυρισμό αυτό ας ξεκινήσουμε από την () την οποία mπ πολλαπλασιάζουμε με si( ) και ολοκληρώνουμε : m m df ( ) si( π ) = A d si( π ) si( π ) (3) = Το τελευταίο ολοκλήρωμα χωρίζεται σε δύο μέρη : mπ π m m+ d si( ) si( ) = d cos( π) d cos( π) = m m = dsi( π) dsi( + π) = π( m ) π( m+ ) si[ π( m )] si[ π( m+ )] = π( m ) π( m+ ) (4) Ο τελευταίος όρος της (4) είναι πάντα μηδέν αφού το άθροισμα m+ είναι πάντα ένας θετικός ακέραιος. Ο πρώτος όρος είναι κι αυτός μηδέν αν m. Αν όμως m = το αποτέλεσμα είναι /. Συνοψίζοντας : mπ π d si( ) si( ) = δ m (5) αν m αν m = mπ Επομένως έχουμε τη σχέση df ( ) si( ) = A δ = A που αποδεικνύει την (). = m m Να σημειώσουμε εδώ ότι η σχέση (5) ορίζει τις συναρτήσεις ( ) si( π ϕ ) = ως ορθοκανονικές : dϕ ( ) ϕ ( ) = δ m m

Για την πλήρη απόδειξη της ανάλυσης ()-() πρέπει να πάμε και αντίστροφα : Από τη σχέση () να καταλήξουμε στην (). Επειδή αυτό είναι πιο πολύπλοκο το αφήνουμε για την ώρα και οπλισμένοι με το θάρρος του υπολογισμού που ήδη κάναμε θεωρούμε το ζευγάρι των σχέσεων ()-() δεδομένο. Την προηγούμενη λογική μπορούμε να την εφαρμόσουμε και σε άλλες περιπτώσεις όπως ας πούμε σε συνεχείς συναρτήσεις f( ) [ ] για τις οποίες ισχύει ότι f( ) = f( ). Εδώ ο ισχυρισμός είναι ότι οποιαδήποτε τέτοια συνάρτηση μπορούμε να τη γράψουμε π π f( ) = A si( ) + B cos( ) = = όπου π π A = df ( ) si( ) B = df ( ) cos( )... = (6) B = df ( ) (7) Μπορεί κανείς να ελέγξει τη διαδρομή (6) (7) ακολουθώντας τη λογιστική του προηγουμένου παραδείγματος αλλά για λόγους που θα φανούν στη συνέχεια θα προχωρήσουμε λίγο διαφορετικά. Γράφοντας π iπ / iπ / π iπ / iπ / si( ) = ( e e ) cos( ) = ( e + e ) i η σχέση (6) θα πάρει τη μορφή: f ( ) = B + ( B ia ) e + ( B + ia ) e = iπ / iπ / = = = B + B ia e + B + ia e iπ / iπ / ( ) ( ) = = (8) Από τις σχέσεις (7) βλέπουμε ότι A = A A = και B = B και επομένως f ( ) = B + ( B ia ) e + ( B ia ) e = a e όπου i π / i π / i π / = = = (9) π π iπ / () a = ( B ia) = df ( )[cos( ) i si( )] = df ( ) e Ξαναγράψαμε επομένως τις σχέσεις (6) και (7) με τη μορφή f( ) i / = ae π = a = df ( ) e iπ /

Αν θεωρήσουμε δεδομένη την πρώτη απ' αυτές είναι εύκολο να αποδείξουμε τη δεύτερη : iπm/ iπ( m) / iπ( m) / de f ( ) a de a de iπ ( m) = = = = = = = = = iπ( m) iπ( m) si[ ( m)] a ( e e ) π a aδ m am = iπ( m) = π( m) = Είναι συνηθισμένο (αλλά όχι απαραίτητο) να χρησιμοποιούμε μια πιο "συμμετρική" γραφή: f( ) iπ / = be = b iπ / = df e () ( ) Με την ορολογία του πρώτου παραδείγματος οι συναρτήσεις ϕ ( ) = e iπ / αποτελούν ένα ορθοκανονικό σύνολο συναρτήσεων : dϕ ( ) ϕ ( ) = δ m m Και εδώ όπως και στο πρώτο παράδειγμα η αντίστροφη διαδρομή είναι πιο απαιτητική και την αφήνουμε για την ώρα. Οι σχέσεις () μπορούν να επεκταθούν και στην περίπτωση που. Αυτό γίνεται μέσω μιας οριακής διαδικασίας την οποία ξεκινάμε γράφοντας π = δ k και επομένως δίνοντας στις () τη μορφή : f ( ) ( ) i( k) = δ kb e δ π = δ k i( δ k) δkb = df ( ) e δkf ( δk ) () π Μπορούμε τώρα να πάρουμε το όριο δ k : i( δ k ) dk ik ( ) = δ ( δ ) = ( ) π δ k = π d ik f kf k e f k e (3) f ( k) = f( e ) (4) π Το ζευγάρι των σχέσεων (3)-(4) ορίζει τον μετασχηματισμό Fourier και τον αντίστροφό του. Παρόλο που η πορεία που ακολουθήσαμε είναι ίσως ικανή να μας πείσει για την ισχύ των σχέσεων αυτών η άμεση απόδειξή τους είναι λίγο πιο πολύπλοκη εργασία. 3

Πριν προχωρήσουμε ας σημειώσουμε ότι στην Κβαντική Μηχανική οι προηγούμενες σχέσεις εμφανίζονται με τη μορφή dk ip / d ip / f( ) = gke ( ) gk ( ) = f( e ) (5) π π p p που προκύπτει με την αλλαγή k = f ( ) g( p) στα ολοκληρώματα (3) και (4). Συνάρτηση δέλτα. Η "συνάρτηση" δέλτα είναι αυτό που ονομάζεται γενικευμένη συνάρτηση ή κατανομή : Ορίζεται μόνο μέσω της ολοκλήρωσης της df ( ) δ ( = f ( (6) με οποιαδήποτε συνάρτηση (η οποία στη γειτονιά του y είναι ομαλή). Είναι προφανές από τον ορισμό αυτό ότι η δ-συνάρτηση έχει μη μηδενική συνεισφορά μόνο στη γειτονιά του σημείου y. Για να αποκτήσουμε μια αίσθηση της συνάρτησης αυτής ας θεωρήσουμε τη διακριτή έκδοση του ολοκληρώματος (6): ε f( εδ ) ( ε m ε ) = f( m ε ) (7) (Για να καταλάβουμε την τελευταία μπορούμε να σκεφτούμε ότι διακριτοποιήσαμε μια περιοχή γύρω από το y με βήμα ε ). Αν συγκρίνουμε την (7) με την ταυτότητα (Εδώ δ m αν αν m = m f( εδ ) m = f( mε) (8) το σύμβολο του Kroecker) βλέπουμε ότι δ( ε ε) δ m m = (9) ε Η τελευταία σχέση μας μαθαίνει αρκετά πράγματα για τη δ-συνάρτηση (την οποία πρέπει να ανακτήσουμε στο όριο ε ) ) Όταν m μπορούμε στην (9) να πάρουμε το όριο ε και επομένως να βγάλουμε το συμπέρασμα ότι δ ( = όταν y. ) Όταν = m το όριο ε οδηγεί την (9) σε απειρισμό και επομένως δεν μπορούμε να ορίσουμε τη συνάρτηση δ ( όταν = y. 4

Εντούτοις το όριο δ f = f m = f y είναι υπαρκτό και αυτός m lim ε ( ε) lim ( ε) ( ) ε ε ε είναι ο λόγος για τον οποίο λειτουργεί ο ορισμός (6). Μετά από αυτά καταλαβαίνουμε ότι για τον ορισμό της δ-συνάρτησης χρειαζόμαστε μια οριακή διαδικασία (η οποία δεν είναι κατ' ανάγκη η διακριτοποίηση του ολοκληρώματος). Το μόνο που χρειάζεται είναι να βρούμε μια (συνηθισμένη) συνάρτηση δ( ε η οποία να είναι τέτοια ώστε lim δ( ε = για yκαι ε lim df ( ) δ( ε = f ( () ε Οποιαδήποτε τέτοια συνάρτηση ορίζει τη δ-συνάρτηση: lim df ( ) δ( ε df ( ) δ( ε () Είναι προφανές ότι μπορούμε να βρούμε πολλές συναρτήσεις που να "αντιπροσωπεύουν" τη δ-συνάρτηση (με την έννοια της ()). Σαν ένα παράδειγμα μπορούμε να αναφέρουμε τη συνάρτηση ( δ( ε = ep[ ] () επ ε που έχει τη μορφή κατανομής Gauss τόσο πιο συγκεντρωμένης γύρω από το y όσο πιο μικρό γίνεται το ε. Ο συντελεστής μπροστά από το εκθετικό φροντίζει για την κανονικοποίηση : Είναι φανερό από τον ορισμό (6) ότι και επομένως θα πρέπει dδ ( = (3) dδ ε y = ε lim ( ) (4) Θεωρείστε γνωστό το ολοκλήρωμα π de α = για να πιστοποιήσετε αμέσως α ότι διαλέξαμε το συντελεστή στην () ώστε να ικανοποιείται η (4). Ας δούμε τώρα το ολοκλήρωμα της () με κάποια συνάρτηση ( Iε ( = df ( ) ep[ ] (5) επ ε Μπορούμε να αλλάξουμε μεταβλητές στο ολοκλήρωμα = y + w ε και να γράψουμε w Iε ( = dwf ( y + w ε ) e π 5

αφού η συνάρτηση f δεν έχει πρόβλημα στη θέση y μπορούμε να πάρουμε το όριο στην προηγούμενη σχέση w Iε y = df δ ε y f y dwe f y ε = = π (6) lim ( ) lim ( ) ( ) ( ) ( ) ε και επομένως πράγματι η συνάρτηση () αντιπροσωπεύει ( με την έννοια της ()) τη δ-συνάρτηση. Ας ξαναγυρίσουμε στα αναπτύγματα Fourier για ορισμένες επιπλέον παρατηρήσεις. Θα ξεκινήσουμε καταρχή από τη σχέση () και θα προσπαθήσουμε να φθάσουμε π y στην (). Πολλαπλασιάζουμε την () με si( ) και αθροίζουμε : y y A si( π ) = df ( ) si( ) si( ) π π (7) = = Θα πρέπει τώρα να αποδείξουμε ότι το αποτέλεσμα είναι η συνάρτηση f( y ). Είναι προφανές ότι για να συμβαίνει αυτό θα πρέπει π πy si( ) si( ) = δ ( (8) = Η απόδειξη της τελευταίας έχει το δικό της ενδιαφέρον αλλά για τη δική μας συζήτηση ας τη θεωρήσουμε δεδομένη. Αν είναι έτσι οι ορθοκανονικές (από την (5)) συναρτήσεις ( ) si( π ϕ ) = ικανοποιούν τη σχέση πληρότητας ϕ( ) ϕ( = δ( (9) = και αποτελούν ένα ορθοκανονικό και πλήρες σύνολο συναρτήσεων. Το σημαντικό εδώ είναι : Οποιαδήποτε συνάρτηση η οποία στο διάστημα [ ] είναι τέτοια ώστε f() = f( ) = μπορεί να γραφεί: π f ( ) = dyf ( δ( = ϕ ( )[ dyf ( ϕ ( ] = A si( ) (6) (9) = = (3) Με την ίδια λογική για να αποδείξει κανείς τις () αρκεί να δείξει ότι το / ορθοκανονικό σύνολο συναρτήσεων ( i ) e π ϕ = είναι επίσης και πλήρες: iπ ( / ϕ( ) ϕ( = e = δ( (3) = = Και εδώ δεν θα ασχοληθούμε με την απόδειξη της (3) αλλά η ισχύς της είναι σημαντική γιατί στο διάστημα [ ] οποιαδήποτε συνάρτηση ικανοποιεί τις συνοριακές απαιτήσεις f( ) = f( ) γράφεται: 6

i / = (6) δ = ϕ ϕ (3) = (3) = = f ( ) dyf ( ( ( )[ dyf ( ( ] a e π Ας τελειώσουμε με τον μετασχηματισμό Fourier. Αν θεωρήσουμε δεδομένες τις σχέσεις (3) και (4) μπορούμε να διπιστώσουμε ότι dk ik ( dk ik dk ik dy iky f( ) = e f( k) = e e f( = π π π dy f ( [ e ] π και επομένως dk e ik ( = δ y ( ) (33) π Λίγη σκέψη θα μας πείσει ότι η σχέση αυτή δεν είναι παρά η επέκταση της (3) στο όριο και επομένως εκφράζει την πληρότητα συναρτήσεων ϕ k ( ) = e π στο διάστημα ( ). Το αντίστροφο είναι και εδώ σημαντικό : Αν θεωρήσουμε δεδομένη την πληρότητα οποιαδήποτε τετραγωνικά ολοκληρώσιμηστο εν λόγω διάστημα συνάρτηση γράφεται dk dy iky ik dk ik f( ) = dyf( δ ( = [ e f( ] e = f ( k) e. π π π Ο αντίστροφος μετασχηματισμός Fourier ik f k e f e e f k dk f k e π π π π d ik d ik dk ik d i( k k ) ( ) = ( ) = ( ) = ( )[ ] μας οδηγεί σε συμπέρασμα ανάλογο με αυτό της σχέσης (33) d e i( k k ) δ k k dϕ = = k ϕ k π ( ) ( ) ( ) (34) το οποίο εκφράζει την ορθοκανονικότητα των συναρτήσεων ϕ k. 7

8

Η Εξίσωση Schrödiger Για να σκεφτούμε την εξίσωση Schrödiger θα ξεκινήσουμε από ορισμένες "αρχές" οι οποίες τίθενται για την περιγραφή των πειραματικών δεδομένων : Σε κάθε κβαντομηχανικό συμβάν αντιστοιχεί μια μιγαδική συνάρτηση Ψ() t την οποία ονομάζουμε πλάτος πιθανότητας. Η συνάρτηση αυτή περιέχει όλες τις πληροφορίες που μπορούμε να έχουμε για το συμβάν αυτό. Η (πυκνότητα) πιθανότητας να πραγματοποιηθεί το εν λόγω συμβάν δίνεται από την P = Ψ. Αν κάποιο συμβάν μπορεί να πραγματοποιηθεί με περισσότερους από έναν τρόπους το πλάτος πιθανότητας που αντιστοιχεί σ' αυτό είναι ίσο με το άθροισμα των πλατών πιθανότητας που αντιστοιχούν σε καθέναν από τους εναλλακτικούς τρόπους πραγματοποίησης του : Ψ ολ. =Ψ +Ψ +... και P ολ. = Ψ +Ψ +.... Εαν μέσω κάποιου πειράματος μπορούμε να διακρίνουμε τους εναλλακτικούς τρόπους πραγματοποίησης ενός συμβάντος τότε η συνολική πιθανότητα είναι το άθροισμα των επιμέρους πιθανοτήτων : P =Ψ +Ψ +... = P + P +... ολ. 9