التوزيع الأسي المرتب

الدالة الأسية المرتبة ، أو الدالة الأسية المرتبة مسارياً ، هي عملية رياضية مُعرَّفة في الجبر غير التبادلي ، وتُكافئ الدالة الأسية للتكامل في الجبر التبادلي . عملياً، تُستخدم الدالة الأسية المرتبة في جبر المصفوفات وجبر المؤثرات . وهي نوع من أنواع التكامل الضربي ، أو تكامل فولتيرا.

تعريف

ليكن A جبرًا على حقل K ، وليكن a ( t ) عنصرًا من A مُعَلمًا بالأعداد الحقيقية ،

أ:Rأ.{\displaystyle a:\mathbb {R} \to A.}

غالباً ما يُشار إلى المعامل t في a ( t ) باسم المعامل الزمني في هذا السياق.

يُرمز إلى الدالة الأسية المرتبة لـ a بالرمز التالي:

OE[أ](ت)تي{هـ0تأ(ت)دت}ن=01ن!0تدت10تدتنتي{أ(ت1)أ(تن)}=ن=00تدت10ت1دت20ت2دت30تن-1دتنأ(تن)أ(ت1){\displaystyle {\begin{aligned}\operatorname {OE} [a](t)\equiv {\mathcal {T}}\left\{e^{\int _{0}^{t}a(t')\,dt'}\right\}&\equiv \sum _{n=0}^{\infty }{\frac {1}{n!}}\int _{0}^{t}dt'_{1}\cdots \int _{0}^{t}dt'_{n}\;{\mathcal {T}}\left\{a(t'_{1})\cdots a(t'_{n})\right\}\\&=\sum _{n=0}^{\infty }\int _{0}^{t}dt'_{1}\int _{0}^{t'_{1}}dt'_{2}\int _{0}^{t'_{2}}dt'_{3}\cdots \int _{0}^{t'_{n-1}}dt'_{n}\;a(t'_{n})\cdots a(t'_{1})\end{aligned}}}

حيث يكون الحد n = 0 مساوياً لـ 1 وحيثتي{\displaystyle {\mathcal {T}}}هو عامل ترتيب الزمن . وهو عملية من الرتبة العليا تضمن أن يكون الأسي مرتبًا زمنيًا، بحيث يكون أي حاصل ضرب لـ a ( t ) يظهر في مفكوك الأسي مرتبًا بحيث تتزايد قيمة t من يمين حاصل الضرب إلى يساره. على سبيل المثال:

تي{أ(1.2)أ(9.5)أ(4.1)}=أ(9.5)أ(4.1)أ(1.2).{\displaystyle {\mathcal {T}}\left\{a(1.2)a(9.5)a(4.1)\right\}=a(9.5)a(4.1)a(1.2).}

الترتيب الزمني مطلوب، لأن المنتجات في الجبر ليست بالضرورة تبادلية.

تقوم العملية بربط عنصر ذي معلمات بعنصر آخر ذي معلمات، أو بشكل رمزي،

OE:(Rأ)(Rأ).{\displaystyle \operatorname {OE} \mathrel {:} (\mathbb {R} \to A)\to (\mathbb {R} \to A).}

هناك طرق مختلفة لتعريف هذا التكامل بشكل أكثر دقة.

حاصل ضرب الدوال الأسية

يمكن تعريف الدالة الأسية المرتبة على أنها تكامل الضرب الأيسر للدوال الأسية المتناهية الصغر ، أو بشكل مكافئ، على أنها حاصل ضرب مرتب للدوال الأسية في النهاية عندما يتزايد عدد الحدود إلى ما لا نهاية:

OE[أ](ت)=0تهـأ(ت)دتليمشمال(هـأ(تشمال)Δتهـأ(تشمال-1)Δتهـأ(ت1)Δتهـأ(ت0)Δت){\displaystyle \operatorname {OE} [a](t)=\prod _{0}^{t}e^{a(t')\,dt'}\equiv \lim _{N\to \infty }\left(e^{a(t_{N})\,\Delta t}e^{a(t_{N-1})\,\Delta t}\cdots e^{a(t_{1})\,\Delta t}e^{a(t_{0})\,\Delta t}\right)}

حيث يتم تعريف اللحظات الزمنية { t 0 , ..., t N } على أنها t ii Δ t لـ i = 0, ..., N , و Δ tt / N .

الدالة الأسية المرتبة هي في الواقع تكامل هندسي . [ 1 ]

حل معادلة تفاضلية

الدالة الأسية المرتبة هي الحل الوحيد لمسألة القيمة الابتدائية :

ددتOE[أ](ت)=أ(ت)OE[أ](ت)،OE[أ](0)=1.{\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {d}{dt}}\operatorname {OE} [a](t)&=a(t)\operatorname {OE} [a](t),\\[5pt]\operatorname {OE} [a](0)&=1.\end{aligned}}}

حل معادلة تكاملية

الدالة الأسية المرتبة هي حل المعادلة التكاملية :

OE[أ](ت)=1+0تأ(ت)OE[أ](ت)دت.{\displaystyle \operatorname {OE} [a](t)=1+\int _{0}^{t}a(t')\operatorname {OE} [a](t')\,dt'.}

هذه المعادلة مكافئة لمسألة القيمة الابتدائية السابقة.

توسيع السلسلة اللانهائية

يمكن تعريف الدالة الأسية المرتبة على أنها مجموع لانهائي،

OE[أ](ت)=1+0تأ(ت1)دت1+0تدت10ت1دت2أ(ت1)أ(ت2)+.{\displaystyle \operatorname {OE} [a](t)=1+\int _{0}^{t}a(t_{1})\,dt_{1}+\int _{0}^{t}dt_{1}\int _{0}^{t_{1}}dt_{2}\;a(t_{1})a(t_{2})+\cdots .}

يمكن اشتقاق ذلك عن طريق استبدال المعادلة التكاملية في نفسها بشكل متكرر.

مثال

بالنظر إلى متعدد الشعبم{\displaystyle M}أين لـهـتيم{\displaystyle e\in TM}مع التحول الجماعيز:هـزهـ{\displaystyle g:e\mapsto ge}يثبت عند نقطةxم{\displaystyle x\in M}:

دهـ(x)+ج(x)هـ(x)=0.{\displaystyle de(x)+\operatorname {J} (x)e(x)=0.}

هنا،د{\displaystyle d}يشير إلى التمايز الخارجي وج(x){\displaystyle \operatorname {J} (x)}هل عامل الاتصال (حقل النموذج 1) يعمل علىهـ(x){\displaystyle e(x)}عند إجراء التكامل للمعادلة أعلاه، يتحقق ما يلي (الآن،ج(x){\displaystyle \operatorname {J} (x)}(هل عامل الاتصال معبر عنه في أساس إحداثي)

هـ(y)=Pخبرة(-xyج(γ(ت))γ(ت)دت)هـ(x){\displaystyle e(y)=\operatorname {P} \exp \left(-\int _{x}^{y}J(\gamma (t))\gamma '(t)\,dt\right)e(x)}

باستخدام عامل ترتيب المسارP{\displaystyle \operatorname {P} }يرتب العوامل حسب ترتيب المسارγ(ت)م{\displaystyle \gamma (t)\in M}في الحالة الخاصة التيج(x){\displaystyle \operatorname {J} (x)}هو عامل مضاد للتناظر وγ{\displaystyle \gamma }هو مستطيل متناهي الصغر بأطوال أضلاع|u|،|v|{\displaystyle |u|,|v|}والزوايا عند النقاطx،x+u،x+u+v،x+v،{\displaystyle x,x+u,x+u+v,x+v,}يمكن تبسيط التعبير أعلاه على النحو التالي  :

OE[-ج]هـ(x)=خبرة[-ج(x+v)(-v)]خبرة[-ج(x+u+v)(-u)]خبرة[-ج(x+u)v]خبرة[-ج(x)u]هـ(x)=[1-ج(x+v)(-v)][1-ج(x+u+v)(-u)][1-ج(x+u)v][1-ج(x)u]هـ(x).{\displaystyle {\begin{aligned}&\operatorname {OE} [-\operatorname {J} ]e(x)\\[5pt]={}&\exp[-\operatorname {J} (x+v)(-v)]\exp[-\operatorname {J} (x+u+v)(-u)]\exp[-\operatorname {J} (x+u)v]\exp[-\operatorname {J} (x)u]e(x)\\[5pt]={}&[1-\operatorname {J} (x+v)(-v)][1-\operatorname {J} (x+u+v)(-u)][1-\operatorname {J} (x+u)v][1-\operatorname {J} (x)u]e(x).\end{aligned}}}

وبالتالي، فإنه يحمل هوية تحويل المجموعةOE[-ج]زOE[ج]ز-1{\displaystyle \operatorname {OE} [-\operatorname {J} ]\mapsto g\operatorname {OE} [\operatorname {J} ]g^{-1}}. لو-ج(x){\displaystyle -\operatorname {J} (x)}هو اتصال سلس، يتوسع فوق الكمية إلى الدرجة الثانية في كميات متناهية الصغر|u|،|v|{\displaystyle |u|,|v|}يحصل المرء بالنسبة للدالة الأسية المرتبة على الهوية مع حد تصحيح يتناسب مع موتر الانحناء .

انظر أيضاً

مراجع

  1. لوك فلوراك وهانز فان آسن. "حساب الضرب في تحليل الصور الطبية الحيوية" ، مجلة التصوير الرياضي والرؤية، 2011.