المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
تنفيذ وتقييم خطة إعادة الهيكلة (إعداد خطة إعادة الهيكلة1)
2024-11-05
مـعاييـر تحـسيـن الإنـتاجـيـة
2024-11-05
نـسـب الإنـتاجـيـة والغـرض مـنها
2024-11-05
المـقيـاس الكـلـي للإنتاجـيـة
2024-11-05
الإدارة بـمؤشـرات الإنـتاجـيـة (مـبادئ الإنـتـاجـيـة)
2024-11-05
زكاة الفطرة
2024-11-05


Delta Function  
  
3708   02:26 صباحاً   date: 25-5-2019
Author : Arfken, G.
Book or Source : Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press
Page and Part : ...


Read More
Date: 13-8-2018 1883
Date: 9-10-2019 1352
Date: 28-4-2019 1222

Delta Function

 The delta function is a generalized function that can be defined as the limit of a class of delta sequences. The delta function is sometimes called "Dirac's delta function" or the "impulse symbol" (Bracewell 1999). It is implemented in the Wolfram Language as DiracDelta[x].

Formally, delta is a linear functional from a space (commonly taken as a Schwartz space S or the space of all smooth functions of compact support D) of test functions f. The action of delta on f, commonly denoted delta[f] or <delta,f>, then gives the value at 0 of f for any function f. In engineering contexts, the functional nature of the delta function is often suppressed.

The delta function can be viewed as the derivative of the Heaviside step function,

 d/(dx)[H(x)]=delta(x)

(1)

(Bracewell 1999, p. 94).

The delta function has the fundamental property that

 int_(-infty)^inftyf(x)delta(x-a)dx=f(a)

(2)

and, in fact,

 int_(a-epsilon)^(a+epsilon)f(x)delta(x-a)dx=f(a)

(3)

for epsilon>0.

Additional identities include

 delta(x-a)=0

(4)

for x!=a, as well as

delta(ax) = 1/(|a|)delta(x)

(5)

delta(x^2-a^2) = 1/(2|a|)[delta(x+a)+delta(x-a)]

(6)

More generally, the delta function of a function of x is given by

(7)

where the x_is are the roots of g. For example, examine

 delta(x^2+x-2)=delta[(x-1)(x+2)].

(8)

Then , so  and , giving

 delta(x^2+x-2)=1/3delta(x-1)+1/3delta(x+2).

(9)

The fundamental equation that defines derivatives of the delta function delta(x) is

 intf(x)delta^((n))(x)dx=-int(partialf)/(partialx)delta^((n-1))(x)dx.

(10)

Letting f(x)=xg(x) in this definition, it follows that

=

(11)

=

(12)

=

(13)

where the second term can be dropped since , so (13) implies

(14)

In general, the same procedure gives

(15)

but since any power of x times delta(x) integrates to 0, it follows that only the constant term contributes. Therefore, all terms multiplied by derivatives of f(x) vanish, leaving n!f(x), so

(16)

which implies

(17)

Other identities involving the derivative of the delta function include

(18)

(19)

(20)

where * denotes convolution,

(21)

and

(22)

An integral identity involving delta(1/x) is given by

 int_(-1)^1delta(1/x)dx=0.

(23)

The delta function also obeys the so-called sifting property

 intf(x)delta(x-x_0)dx=f(x_0)

(24)

(Bracewell 1999, pp. 74-75).

A Fourier series expansion of delta(x-a) gives

a_n = 1/piint_(-pi)^pidelta(x-a)cos(nx)dx

(25)

= 1/picos(na)

(26)

b_n = 1/piint_(-pi)^pidelta(x-a)sin(nx)dx

(27)

= 1/pisin(na),

(28)

so

delta(x-a) = 1/(2pi)+1/pisum_(n=1)^(infty)[cos(na)cos(nx)+sin(na)sin(nx)]

(29)

= 1/(2pi)+1/pisum_(n=1)^(infty)cos[n(x-a)].

(30)

The delta function is given as a Fourier transform as

 delta(x)=F_k[1](x)=int_(-infty)^inftye^(-2piikx)dk.

(31)

Similarly,

 F_x^(-1)[delta(x)](k)=int_(-infty)^inftydelta(x)e^(2piikx)dx=1

(32)

(Bracewell 1999, p. 95). More generally, the Fourier transform of the delta function is

 F_x[delta(x-x_0)](k)=int_(-infty)^inftye^(-2piikx)delta(x-x_0)dx=e^(-2piikx_0).

(33)

DeltaFunctionEpsilon

The delta function can be defined as the following limits as epsilon->0,

delta(x) = 1/pilim_(epsilon->0)epsilon/(x^2+epsilon^2),

(34)

= lim_(epsilon->0)1/2epsilon|x|^(epsilon-1)

(35)

= lim_(epsilon->0^+)1/(2sqrt(piepsilon))e^(-x^2/(4epsilon))

(36)

= lim_(epsilon->0)1/(pix)sin(x/epsilon)

(37)

= lim_(epsilon->0)1/epsilonAi(x/epsilon)

(38)

= lim_(epsilon->0)1/epsilonJ_(1/epsilon)((x+1)/epsilon)

(39)

= lim_(epsilon->0)|1/epsilone^(-x^2/epsilon)L_n((2x)/epsilon)|,

(40)

where Ai(x) is an Airy function, J_n(x) is a Bessel function of the first kind, and L_n(x) is a Laguerre polynomial of arbitrary positive integer order.

DeltaFunctionN

The delta function can also be defined by the limit as n->infty

 delta(x)=lim_(n->infty)1/(2pi)(sin[(n+1/2)x])/(sin(1/2x)).

(41)

Delta functions can also be defined in two dimensions, so that in two-dimensional Cartesian coordinates

 delta^2(x,y)={0   x^2+y^2!=0; infty   x^2+y^2=0,

(42)

 int_(-infty)^inftyint_(-infty)^inftydelta^2(x,y)dxdy=1

(43)

 delta^2(ax,by)=1/(|ab|)delta^2(x,y),

(44)

and

 delta^2(x,y)=delta(x)delta(y).

(45)

Similarly, in polar coordinates,

 delta^2(x,y)=(delta(r))/(pi|r|)

(46)

(Bracewell 1999, p. 85).

In three-dimensional Cartesian coordinates

 delta^3(x,y,z)=delta^3(x)={0   x^2+y^2+z^2!=0; infty   x^2+y^2+z^2=0

(47)

 int_(-infty)^inftyint_(-infty)^inftyint_(-infty)^inftydelta^3(x,y,z)dxdydz=1

(48)

and

 delta^3(x,y,z)=delta(x)delta(y)delta(z).

(49)

in cylindrical coordinates (r,theta,z),

 delta^3(r,theta,z)=(delta(r)delta(z))/(pir).

(50)

In spherical coordinates (r,theta,phi),

 delta^3(r,theta,phi)=(delta(r))/(2pir^2)

(51)

(Bracewell 1999, p. 85).

A series expansion in cylindrical coordinates gives

delta^3(r_1-r_2) = 1/(r_1)delta(r_1-r_2)delta(theta_1-theta_2)delta(z_1-z_2)

(52)

= 1/(r_1)delta(r_1-r_2)1/(2pi)sum_(m=-infty)^(infty)e^(im(theta_1-theta_2))1/(2pi)int_(-infty)^inftye^(ik(z_1-z_2))dk.

(53)

The solution to some ordinary differential equations can be given in terms of derivatives of delta(x) (Kanwal 1998). For example, the differential equation

(54)

has classical solution

 y(x)=(C_1)/(x^3)+(x^2-x-1+2(x-2)ln(x-1))/(x^3(x-1))C_2,

(55)

and distributional solution

(56)

(M. Trott, pers. comm., Jan. 19, 2006). Note that unlike classical solutions, a distributional solution to an nth-order ODE need not contain n independent constants.


REFERENCES:

Arfken, G. Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, pp. 481-485, 1985.

Bracewell, R. "The Impulse Symbol." Ch. 5 in The Fourier Transform and Its Applications, 3rd ed. New York: McGraw-Hill, pp. 74-104, 2000.

Dirac, P. A. M. Quantum Mechanics, 4th ed. London: Oxford University Press, 1958.

Gasiorowicz, S. Quantum Physics. New York: Wiley, pp. 491-494, 1974.

Kanwal, R. P. "Applications to Ordinary Differential Equations." Ch. 6 in Generalized Functions, Theory and Technique, 2nd ed.Boston, MA: Birkhäuser, pp. 291-255, 1998.

Papoulis, A. Probability, Random Variables, and Stochastic Processes, 2nd ed. New York: McGraw-Hill, pp. 97-98, 1984.

Spanier, J. and Oldham, K. B. "The Dirac Delta Function delta(x-a)." Ch. 10 in An Atlas of Functions. Washington, DC: Hemisphere, pp. 79-82, 1987.

van der Pol, B. and Bremmer, H. Operational Calculus Based on the Two-Sided Laplace Integral. Cambridge, England: Cambridge University Press, 1955.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.