本征函数,简化计算的利器

文摘   2024-07-11 22:24   广东  

什么是函数和算符

从横向看函数(Function)可以看成是输入的数和输出的数组合在一起的一个“粒子”,比如 坐标 (x,v,t)可以表示一个某一个时刻,某一个位置某一速度的粒子。从纵向看,函数像一个场。比如向量 可以看成是一个速度场。函数的解析表示很多时候将这两者混淆起来,比如 函数,有时候可以表示一个“粒子”,表示 时刻的 值, 有时候也被看成是一条曲线,相当于一个场的性质。
算符(Operator)是对函数的操作,比如对一个函数求导数相当于对一个函数进行操作得到另一个函数。
如果一个函数经过算符作用后函数的形式基本不变,这个函数称为这个算符的本征函数
其中 k 为常数。
前面我们提到过,求导算符的本征函数是指数函数。
我们知道, 是个人为定义的数,主要原因就是 表示的本征函数能大大简化微积分计算

所以找到一个算符的本征函数具有非常重要的意义。

傅里叶变换的本征函数

同样,傅里叶变换也是一个算符。那么傅里叶变换的本征函数是什么?傅里叶变换的本征函数很多,下面介绍两个常见的。

第一:梳函数。

第二:高斯函数。由于

可以通过配方的方法写成

这就是著名的高斯积分。

所以傅里叶变换

可以得到

至此,我们得到了傅里叶变换两个非常重要的本征函数。第一个本征函数是离散傅里叶变换的基础,离散采样本身就是一个梳函数

第二个本征函数(高斯函数)也是一种特别重要,特别经典,应用特别广泛的函数:指数上二次相位函数




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