直接验证正交性,考虑 ,
直接验证可归一化,考虑 ,
当 ,,
其中
称为 的傅里叶变换
新正交归一基底 :
矢量 的重新分解
波函数 :坐标基底 下的分量
动量基底 ,
动量基底下重新展开
动量基底下的展开系数 (波函数)
二维傅里叶变换
多元函数可以选择对其中一个或若干个变量做傅里叶变换。其中
常用积分公式
“厄米性”:当 是实函数,则
直接计算,利用 ,
当 是偶函数,则 也是偶函数
直接计算,
实偶性:当 是实偶函数,则 也是实偶函数
直接计算,
线性性,
证明:显然
微分定理:如果
用于把函数导数变成乘积,把微分方程变成代数方程
微分定理证明:分部积分,
微分定理推论:如果 ,则
导数条件
均需单独列出:无穷远处函数趋零
函数可以在归零的同时,以
_ManimCE_v0.18.1.png)
在 之间的图像
_ManimCE_v0.18.1.png)
在 之间的图像
_ManimCE_v0.18.1.png)
——Dylan Thomas
积分定理:如果 ,则
求导是乘 ,积分是除
说明
延迟定理 (平移变换行为):定义
或者说
说明
相似定理 (标度变换行为):
说明
分情况讨论,,,做个变量替换即可,过程略
但是要注意符号,当 ,
定义
卷积是对称的,:通过变量替换
卷积定理证明。
卷积定理证明。
| 操作 | 傅里叶变换 |
|---|---|
| 求导 | |
| 积分 | |
| 平移 | |
| 标度 | |
| 卷积 | 乘积 |

例子:高斯函数、高斯波包
高斯函数的傅里叶变换还是一个高斯函数
高斯函数及其 傅里叶变换
例子
利用积分等式
及其 傅里叶变换
考虑理想的无穷长的弦
近似描述很长的弦的、远离两端的弦体振动,比如中部弦体受局域冲击的初期振动;此时无穷远边界为

定解问题
对 中的 坐标进行傅里叶变换
是自变量, 看成一个外参数
傅里叶变换把 的二阶导数变成乘积
使用微分定理;
关于 的微分方程变成 的代数方程
但还是参数
解是 , 的线性组合
求解 的常微分方程 + 初始条件
检验 ,
傅里叶变换法 分离变量法
假设 ,则
延迟定理,积分定理
积分定理需要 。
总的傅里叶逆变换给出
此结果也称为
记 ,
如果考虑电磁系统, 是光速, 称为
重写波动方程
解为
此时还未加入初始条件或者边界条件
求解方程组便得到上述 d' Alembert 公式
考虑 轴上高度集聚的单位质量分布:
总质量为 1

考虑质量分布越来越密集:,一个点状 (point like) 质点,定义
这个函数称为
狄拉克在 1927 年的量子力学论文和教科书中引入了 Delta 函数
函数
是 的定义域内的点,其值是无穷大
作为普通函数序列的极限
作为积分的核、与测试函数 (test function) 配合,给出
即 定义为一种
第二定义来自 的极限定义,,
或者使用坐标
定理:若 连续,则
证明。乘以任意测试函数 ,积分,
推论:当 ,
说明 奇性非常弱
对比
选择 ,考察几个简单奇性函数
奇性排行

对于 ,
对于 ,
对于 ,
“……回字有四样写法,你知道么?”
——孔乙己

-函数有
大有用处 比如考试
平面波积分/傅里叶变换表达式
即 函数是常函数 的傅里叶变换:
高度震荡函数
逐点收敛
没有说右边
Heaviside 阶梯函数 的导数
反过来,

Heaviside 阶梯函数
用双曲正切函数逼近 Heaviside 阶梯函数及其导数
平面波积分表达式的证明
的傅里叶像函数应该是 傅里叶像函数的小 极限 (大概)
三角函数表达式粗略理解
三角函数表达式粗略理解
三角函数表达式粗略理解
三角函数表达式粗略理解
三角函数表达式粗略理解
先做 极限,再做 极限
概率分布极限表达式证明
阶梯函数导数表达式证明
分部积分,以及
此关系用作 的定义
奇函数:
偶函数的导数是奇函数
考虑无穷长理想导热细杆的有源热传导方程
是体热源, 是初始条件,均为 的函数
默认边界条件
难点:方程
把两个困难分开,逐一攻破
逆变换
是一个卷积
其中 的逆变换计算
用到积分公式
特殊的例子:高度局域化的初始分布
增大,宽度增大,热量向外传播
对 的积分
确定 积分下限
计算 积分。
是对
形成 黎曼积分 的结构