孤独患者°儅夏的回答:
狄拉克δ函式是一个广义函式,在物理学中常用其表示质点、点电荷等理想模型的密度分布,该函式在除了零以外的点取值都等于零,而其在整个定义域上的积分等于1。
️狄拉克δ函式
中地数媒的回答:
8.1.1δ 函式的定义
我们知道,一般函式的定义是对于自变数x的每一个值,都有特定函式值f(x)与之对应,f(x)称为在点x处的函式值。然而,这里我们要讨论的δ函式不是这种通常意义下的函式,因为它没有通常意义下的「函式值」;它的运算作用只有出现在积分号里才能体现出来,它是某种複杂极限过程的简化符号,是广义函式的一种。
所谓狄拉克δ函式是这样一个算符δ(x),它使得对任何在x=0点连续的函式f(x),有下式成立:
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为理解δ(x),对h>0引进如下函式序列
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由积分中值定理可知,存在ξ且|ξ|<
,使得有
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于是得到:
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由此可以直观地知道,由严格的理论也可以证明,δ(x)是δh(x)在某种意义下的极限。因为
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故可将δ(x)粗糙地理解为满足
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的一个较通常函式意义更广的「函式」,(8.1.3)式是(8.1.1)式令f≡1而得到的。
物理上常用δ函式来描述集中分布的量,如集中质量、集中电荷等,设在x轴上有一单位质量集中在原点,用δ(x)表示密度分布函式,则在x≠0时,δ(x)=0。如果取δ(x)=c为有限常数,δ(x)便是一个通常意义下的分段连续函式,按照一般的积分计算有
δ(x)dx=0,即总质量为零,这与假设直线上具有单位质量相矛盾。故不能取δ(0)等于有限常数。事实上,若在x轴上取δl为包含原点的区间段,δm为该段总的质量,则密度应为:
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由此可见,这里引入δ函式恰好描述了集中质量问题。在电法勘探问题中,δ函式就恰好描述点源的电荷(或电流)密度。
上面我们定义了一维且奇点在x=0处的δ函式,对n维且奇点在任意点(
、 ,…,
)的δ函式可类似地定义,即它是这样一个算符δ(x1-
)δ(x2-
)…δ(xn-
),使得对任何在点(
, ,…,
)连续的函式f(x1,x2,…,xn),有
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成立,特别当取n=1,x1=x,
=0时,则得到(8.1.1)式。实际上n维δ函式可写成n个一维δ函式的乘积的形式。同样它还应满足:
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本书中只涉及二维或三维的δ函式。
对于一个有限的研究域,关于δ函式,我们还能给出下面常用结果,例如以二维情况为例:
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式中d为一个二维区域,f(x1,x2)在(
, )处连续,在第二个等式中,要求d的边界γ在奇点(
, )附近是光滑的,特殊情况,当f=1时,可得:
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现在给出(8.1.7)式的一个直观证明,当x0=(
, )在d外,由(8.1.5)式知δ在d及其边界上恆为零,这时(8.
1.7)式左部可理解为零函式在通常意义下的积分,其积分值为零,当x0在d内时,这时δ在d的边界和外部恆为零,于是在这些部分的积分也为零,故
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图8.1 d∩b的二维几何表示
从而由(8.1.4)式可知(8.
1.7)式中第三等式成立,对于奇点x0在区域边界γ的情况,令b(x0,ε)是以x0为圆心、ε为半径的开圆(在一维情况是开区间,三维情况下是不含球面的球体,n维情况下为n维开球),注意到δ在b(x0,ε)的外部和边界上为零,知
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式中d∩b表示d域和b圆重合的部分,即图8.1中阴影部分,另外有
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因为γ在x0附近光滑,故当ε趋于零时,d∩b域趋于半圆,这样,由以上两式有
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这便是(8.1.7)式中的第二等式。
8.1.2δ 函式的性质及其傅氏变换
对于一维情况,给出δ函式的一些常用性质及其傅氏变换,均设f(x)在奇点处连续。由(8.1.7)式有
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另外,设α1、α2为常数,δ函式对加法运算是线性的。
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对于任何在x0处连续的函式f(x),有
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上式称为δ函式的筛选性质。由于
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可知地球物理资料处理教程
由于地球物理资料处理教程
故有δ(x)f(x)=δ(x)f(0) (8.1.14)
或同样δ(x-x0)f(x)=δ(x-x0)f(x0) (8.1.15)
如果(8.1.14)式中取f(x)=x,得
xδ(x)=0 (8.1.16)
若取f(x)在区间(-∞,α)(α为正数)外等于零,那么f(0)=0,于是
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由此推知
δ(x)=0 x < 0 (8.1.17)
同理可得
δ(x)=0 x>0 (8.1.18)
这便是(8.1.2)式的由来。
两个δ函式的褶积由下式确定。
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于是地球物理资料处理教程
下面我们给出δ函式的傅氏变换,根据δ函式的定义(8.1.1)式有
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反过来,数学上可以证明
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即是说δ(x)与1组成傅氏变换对,由(8.1.10)式设f(x)=cosωx,可得δ的余弦变换为
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️狄拉克δ函式的定义
妙妙恄的回答:
物理学中常常要研究一个物理量在空间或时间中分布的密度,例如质量密度、电荷密度、每单位时间传递的动量(即力)等等,但是物理学中又常用到质点、点电荷、瞬时力等抽象模型,他们不是连续分布于空间或时间中,而是集中在空间中的某一点或者时间中的某一瞬时,那么它们的密度应该如何表示呢? 为了在数学上理想地表示出这种密度分布,引入了δ函式的概念。在概念上,它是这么一个「函式」:
在除了零以外的点函式值都等于零,而其在整个定义域上的积分等于1。用数学表示为:
上述表示式不规定δ函式在0点的取值,是因为这个值无法严谨地表述出来,不能笼统的定义为正无穷,并且函式取值的「大小」是由第二个积分式决定的,因此只需限定取值为零的区域即可 。如果函式不在0点取非零值,而在其他地方,可定义
其中h(x)称为阶跃函式或亥维赛单位函式:
可以证明两种定义是等价的。从第二个定义中,可以看到δ函式可以通过对阶跃函式取微分得到,实际上,只要我们对一个不连续函式取微分,就会出现δ函式 。
️狄拉克δ函式的多维δ函式
手机使用者的回答:
在多维空间中的δ函式定义如下
例如在三维空间中,三维δ函式可表示为三个一维δ函式乘积表示,在直角座标系中
在极座标系中
在球座标系中
多维的δ函式主要性质
δ函式可以表示如下 :
️关于狄拉克δ函式的疑问
黄梓旻的回答:
可以证明任何除一点外均处处为零的实
函式从正无穷到负无穷的广义积分的值为零,也就是说满足dirac函式的条件的函式事实上并不存在,因此它不是通常意义上的函式,虽然可以像普通的函式一样对其进行各种运算。
它可以看成分布(正如概率论中的概率密度函式),也是测度,也是广义函式。广义函式通常定义为函式空间上的连续线性泛函。简单地说,广义函式是「某些函式的连续线性函式」。
从这个意义上说,你说的定义域是「函式」。
热心网友的回答:
关于狄拉克δ函式的疑问:
δ(x)= ∞ x = 0 时δ(x)= 0 x ≠ 0 时且∫ (x:-∞-> ∞ ) δ(x)dx = 1它的定义域是r。这个函式确实很怪,在0点处值无穷大,但"总强度"却等于1。
所以工程上也叫单位脉冲函式。自然界也确实存在与δ函式特徵相类似的现象:1,一道极强的闪电,瞬间电压几乎是无穷大(∞ ),离开这一刻就消失了(0),但是总强度是有限的(积分是有限值)。
这类现象经科学家一抽象,就引出了狄拉克δ函式。2,另外的一个例子:如材料力学中常见的集中载荷问题,集中载荷被认为是作用在一个点上的,一个点上作用一个力那么压强几乎为无穷大,可力是有限的,总强度是有限的,这又是一个与δ函式有关的问题。
如果用微分方程解弹性樑的变形曲线,那么集中载荷可表成:pδ(x-x1),它的意思是在樑x1点处作用一个集中载荷p:其总强度 ∫ (x:
-∞-> ∞ ) pδ(x-x0)dx = p。 数学家研究出有关δ函式的运算方法,使得许多问题迎刃而解!在自动控制系统中,给系统输入δ(t)函式,那么系统的响应叫作脉冲响应函式h(t),有了
h(t)系统对任意输入x(t)的响应y(t)等于h(t)与x(t)的卷积:y(t) = h(t)*x(t)。δ(x)因与常规函式不同列为广义函式,专门研究其理论,方法和应用。
️狄拉克δ函式的性质
若儿矿鞑憍的回答:
狄拉克δ函式有以下性质 ,在理解这些性质的时候,应该认为等式两边分别作为被积函式的因子时得到的结果相等 偶函式,其导数是奇函式
放缩(或相似性)
这种性质称为挑选性,它将 在 点的值 挑选出来上述性质则可看成适用于高阶导数的挑选性。 如果方程 的实根 全是单根,则
该等式的含义为,若将δ函式作用在一个函式上,则会把函式的实根挑选出来,其左边表示在函式 为零时会取非零值,右边表示在 处,会取得非零值,并且取值「大小」,或者说在积分中的作用大小与δ函式的比值是函式在 处导数的绝对值的倒数。通过这一性质可以得到一些具体的等式,如
以及这个性质说明δ函式与x的乘积在积分中与0的作用是相同的。
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