نواة لاندو

سُميت نواة لاندو نسبةً إلى عالم نظرية الأعداد الألماني إدموند لاندو . وتُعرَّف هذه النواة بأنها نواة قابلة للجمع على النحو التالي: [ 1 ]

Lن(ت)={(1-ت2)نجنلو -1ت10خلاف ذلك{\displaystyle L_{n}(t)={\begin{cases}{\frac {(1-t^{2})^{n}}{c_{n}}}&{\text{إذا كان }}{-1}\leq t\leq 1\\0&{\text{فيما عدا ذلك}}\end{cases}}}حيث المعاملاتجن{\displaystyle c_{n}}يتم تعريفها على النحو التالي:

جن=-11(1-ت2)ندت.{\displaystyle c_{n}=\int _{-1}^{1}(1-t^{2})^{n}\,dt.}

التصور

باستخدام التكامل بالتجزئة، يمكن إثبات ما يلي: [ 2 ]جن=(ن!)222ن+1(2ن)!(2ن+1).{\displaystyle c_{n}={\frac {(n!)^{2}\,2^{2n+1}}{(2n)!(2n+1)}}.} وبالتالي، فإن هذا يعني أنه يمكن تعريف نواة لاندو على النحو التالي:Lن(ت)={(1-ت2)ن(2ن)!(2ن+1)(ن!)222ن+1ل ت[-1،1]0في أماكن أخرى{\displaystyle L_{n}(t)={\begin{cases}(1-t^{2})^{n}{\frac {(2n)!(2n+1)}{(n!)^{2}\,2^{2n+1}}}&{\text{لـ }}t\in [-1,1]\\0&{\text{فيما عدا ذلك}}\end{cases}}}

يُظهر رسم هذه الدالة لقيم مختلفة من n أنه عندما تؤول n إلى اللانهاية،Lن(ت){\displaystyle L_{n}(t)}يقترب من دالة ديراك دلتا كتوزيع ، كما هو موضح في الصورة، [ 1 ] حيث تم رسم الدوال التالية.

ملكيات

من الخصائص العامة لنواة لاندو أنها غير سالبة ومتصلة علىR{\displaystyle \mathbb {R} }سيتم توضيح هذه الخصائص بشكل أكثر تحديداً في القسم التالي.

متواليات ديراك

التعريف: متتالية ديراك - متتالية ديراك هي متتالية{كن(ت)}{\displaystyle \{K_{n}(t)\}}من الوظائفكن(ت):RR{\displaystyle K_{n}(t)\colon \mathbb {R} \to \mathbb {R} }والتي تستوفي الخصائص التالية:

  • كن(ت)0،تR و نZ{\displaystyle K_{n}(t)\geq 0,\,\,\forall t\in \mathbb {R} {\text{ and }}\forall n\in \mathbb {Z} }
  • -كن(ت)دت=1،ن{\displaystyle \int _{-\infty }^{\infty }K_{n}(t)\,dt=1,\,\forall n}
  • ε>0دلتا>0شمالZ+نشمال:{\displaystyle \forall \varepsilon >0\,\forall \delta >0\,\exists N\in \mathbb {Z} _{+}\,\forall n\geq N:}R[-دلتا،دلتا]كن(ت)دت=--دلتاكن(ت)دت+دلتاكن(ت)دت<ε{\displaystyle {}\quad \int _{\mathbb {R} \smallsetminus [-\delta ,\delta ]}K_{n}(t)\,dt=\int _{-\infty }^{-\delta }K_{n}(t)\,dt+\int _{\delta }^{\infty }K_{n}(t)\,dt<\varepsilon }

تشير النقطة الثالثة إلى أن المساحة تحت منحنى الدالةy=كن(ت){\displaystyle y=K_{n}(t)}يزداد تركيزها بالقرب من نقطة الأصل كلما اقترب n من اللانهاية. هذا التعريف يقودنا إلى النظرية التالية.

نظرية متتالية نوى لاندو هي متتالية ديراك

البرهان : نبرهن على الخاصية الثالثة فقط. وللقيام بذلك، نقدم اللمة التالية:

اللمة تحقق المعاملات العلاقة التالية،جن2ن+1{\displaystyle c_{n}\geq {\frac {2}{n+1}}}

برهان اللمة:

باستخدام تعريف المعاملات أعلاه، نجد أن الدالة المراد تكاملها زوجية، ويمكننا كتابةجن2=01(1-ت2)ندت=01(1-ت)ن(1+ت)ندت01(1-ت)ندت=11+ن{\displaystyle {\frac {c_{n}}{2}}=\int _{0}^{1}(1-t^{2})^{n}\,dt=\int _{0}^{1}(1-t)^{n}(1+t)^{n}\,dt\geq \int _{0}^{1}(1-t)^{n}\,dt={\frac {1}{1+n}}}استكمالاً لإثبات اللمة. ومن نتائج هذه اللمة ما يلي:

نتيجة لذلك بالنسبة لجميع الإيجابيات الحقيقيةدلتا:{\displaystyle \delta :} R[-دلتا،دلتا]كن(ت)دت2جندلتا1(1-ت2)ندت(ن+1)(1-دلتا2)ن{\displaystyle \int _{\mathbb {R} \smallsetminus [-\delta ,\delta ]}K_{n}(t)\,dt\leq {\frac {2}{c_{n}}}\int _{\delta }^{1}(1-t^{2})^{n}\,dt\leq (n+1)(1-\delta ^{2})^{n}}

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 تيراس، أودري (25 مايو 2009). "المحاضرة 8. ديراك وويرستراس" (PDF) .
  2. هيلبر، كوران. أساليب الفيزياء الرياضية، المجلد الأول . ص 84.