2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему На страницу Пред.  1, 2, 3  След.
 
 Re: Функции Грина
Сообщение08.07.2014, 12:11 
Заслуженный участник


21/08/10
2462
EvilPhysicist в сообщении #885248 писал(а):
Хорошо. Тогда промежуточный результат.
1) Ставится задача $(\square+m^2)\phi = j$
2) Ее общее решение $\phi = \phi_0 + G * j$, где $\phi_0$ -- решение однородного ур-ня, $G$ -- функция Грина
3) Функцию Грина без граничных условий не посчитать
4) В зависимости от граничных условий сдвигаем полюса и получаем или запаздывавшую или опережающую функции Грина.

Поправьте, если не так.


Совсем любое решение удовлетворяющее каким угодно (!) заданным граничным условиям Вы сдвижкой полюсов не получите. Но в НЕКОТОРЫХ случаях достаточно лишь правильно обойти полюса. И тогда решение однородного уравнения можно не прибавлять. Например для уравнения Клейна-Гордона сдвижкой полюсов Вы не получите решение, представляющее на бесконечности плоскую волну (такое граничное условие тоже возможно, просто здесь не о таких граничных условиях речь).

Ясно, что сдвижка полюсов --- довольно слабая возможность для общего случая уравнения в ЧАСТНЫХ производных, в совсем общем случае нужно задавать ФУНКЦИЮ на далеко расположенной поверхности.

 Профиль  
                  
 
 Re: Функции Грина
Сообщение08.07.2014, 12:23 


07/06/11
1890
Alex-Yu в сообщении #885288 писал(а):
Но в НЕКОТОРЫХ случаях достаточно лишь правильно обойти полюса

В каких -- некоторых?

И есть ли общая идеология решения, чтобы определить, когда полюса надо обходить, когда сдвигать, когда делать что-то еще?

 Профиль  
                  
 
 Re: Функции Грина
Сообщение08.07.2014, 12:24 
Заслуженный участник


21/08/10
2462
EvilPhysicist в сообщении #885248 писал(а):
2) Ее общее решение $\phi = \phi_0 + G * j$, где $\phi_0$ -- решение однородного ур-ня, $G$ -- функция Грина



Обратите внимание, что если писать в таком виде, с явным $\varphi_0$, то считать интеграл можно как угодно, просто в зависимости от способа счета интеграла придется брать ту или иную $\varphi_0$. Замечательный факт, однако, в том, что при некоторых способах счета интеграла и некоторых (!) грничных условиях можно $\varphi_0$ вообще не прибавлять. Каждому способу счета интеграла соответствуют какие-то граничные условия (если без прибавления решения однородного уравнения). Какие? Ну так посчитайте интеграл фиксированным способом и посмотрите какие при этом получатся граничные условия. Число способов счета интеграла конечно. Можно просто перебрать все и посмотреть.

-- Вт июл 08, 2014 16:25:19 --

EvilPhysicist в сообщении #885296 писал(а):
В каких -- некоторых?


Уже ответил. См. выше.

 Профиль  
                  
 
 Re: Функции Грина
Сообщение08.07.2014, 12:42 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
EvilPhysicist в сообщении #885278 писал(а):
А другие какие?

Например, в классической физике применяют рассуждение, основанное на том, что в любой среде волна затухает, и надо выбрать из двух вариантов тот, который правильно затухает (неправильный наоборот растёт на $t\to+\infty,$ что "нефизично") (среду потом исключают, беря предел для затухания $\to 0$). Есть и банальное рассуждение о том, что мы как-то источник шевелим, а после этого от него разбегается волна, а не наоборот (апелляция к причинности).

В квантовой физике появляются ещё какие-то варианты аргументации, но тут я пас.

-- 08.07.2014 13:49:15 --

EvilPhysicist в сообщении #885296 писал(а):
И есть ли общая идеология решения, чтобы определить, когда полюса надо обходить, когда сдвигать, когда делать что-то еще?

Обходить ≡ сдвигать.

Вопрос в том, какой куда сдвигать. Есть варианты:
Изображение
(Ициксон, Зюбер)

Те варианты, которые не получаются обходом - это просто какие-то "нецелые" линейные комбинации. Их можно получить, взяв линейную комбинацию разных обходов, очевидно.

 Профиль  
                  
 
 Re: Функции Грина
Сообщение08.07.2014, 16:23 


07/06/11
1890
Alex-Yu в сообщении #885297 писал(а):
Можно просто перебрать все и посмотреть.

Так, я нашел функцию Грина для $\square + m^2$ двумя способами.
1) Обходим особые точки так, чтобы они не попадали в контур интегрирования
$$ G(t, \vec r) = \cfrac{1}{16 \pi^2} ~ \cfrac{1}{r} ~ \int\limits_{-\infty}^\infty \cfrac{k ~dk}{\sqrt{k^2+m^2}} \operatorname{sgn}(t) \left[ e^{-i(\omega_k t - k r)} - e^{i(\omega_k t -k r)} \right] $$
2) Обходя особые точки так, чтобы они попадали в контур интегрирования( насчет правильности решения этого не уверен, но ошибки не вижу)
$$ G(t>0, \vec r) =  \cfrac{3}{16 \pi^2} ~ \cfrac{1}{r} ~ \int\limits_{-\infty}^\infty \cfrac{k ~dk}{\sqrt{k^2+m^2}} \left[ e^{-i(\omega_k t - k r)} - e^{i(\omega_k t -k r)} \right]   $$
$$ G(t<0, \vec r) =  \cfrac{1}{16 \pi^2} ~ \cfrac{1}{r} ~ \int\limits_{-\infty}^\infty \cfrac{k ~dk}{\sqrt{k^2+m^2}} \left[ e^{i(\omega_k t - k r)} - e^{-i(\omega_k t -k r)} \right]   $$
В любом случае, это получились волновые пакеты из сбегающихся или разбегающихся сферических волн.

В связи с этим два вопроса. Правильно ли я посчитал( по крайней мере похоже ли на правду)?
И как тут еще можно другим образом посчитать, чтобы получились другие граничные условия?

 Профиль  
                  
 
 Re: Функции Грина
Сообщение09.07.2014, 15:07 
Заслуженный участник


21/08/10
2462
EvilPhysicist в сообщении #885384 писал(а):
Правильно ли я посчитал( по крайней мере похоже ли на правду)?



Честно говоря, похоже не очень. Во-первых:

-- Ср июл 09, 2014 19:08:20 --

EvilPhysicist в сообщении #885384 писал(а):
1)Обходим особые точки так, чтобы они не попадали в контур интегрирования


Это можно сделать четырьмя разными способами. Это какой?

-- Ср июл 09, 2014 19:10:13 --

Во-вторых:

EvilPhysicist в сообщении #885384 писал(а):
Обходя особые точки так, чтобы они попадали в контур


Это вообще не понятно Уж или обходим или попали на контур. Что Вы имели в виду вообще не ясно. Интеграл в смысле главного значения быть может... В смысле главного значения тоже ФГ, но уж совсем не физическая ФГ, такие не применяются.

В-третьих не ясно почему интеграл от плюс до минус бесконечности. Такие интегралы, как исходно здесь, берутся так. Сначала берем интеграл по частоте методами ТФКП. Замыкая контур интегрирования по большой полуокружности (в зависимости от знака t это можно сделать только или снизу, или сверху). Только тут и работает обход полюсов. Получаем трехмерный интеграл по волновому вектору. Берем сферическую систему координат с полярной осью вдоль вектора ${\bf r}$. Тогда по азимутальному углу интеграл вообще от константы, получается просто множитель $2\pi$. По полярному углу интеграл берется очевидной заменой переменных: берете за новую переменную все, что в показателе экспоненты. Остается интеграл по модулю волнового вектора от нуля до плюс бесконечности.

 Профиль  
                  
 
 Re: Функции Грина
Сообщение09.07.2014, 17:00 


07/06/11
1890
Alex-Yu в сообщении #885748 писал(а):
Это можно сделать четырьмя разными способами. Это какой?

Alex-Yu в сообщении #885748 писал(а):
Это вообще не понятно Уж или обходим или попали на контур.


Для первого случая
Изображение Изображение

Для второго случая
Изображение Изображение

Alex-Yu в сообщении #885748 писал(а):
Это вообще не понятно Уж или обходим или попали на контур.

Возможно не точно выразился. По крайней мере, меня учили, что когда контур меняют так, что он не проходит через особую точку, то это называется обойти особую точку. Без относительно того, лежит она в контуре или нет.

Alex-Yu в сообщении #885748 писал(а):
Получаем трехмерный интеграл по волновому вектору

Делал все так же, только в другом порядке. Сначала переходил в сферическую систему и интегрировал по угловым переменным. В результате в интеграл входила вещь вроде $$ \int\limits \cfrac{k dk}{\omega^2 - k^2 - m^2} \left( e^{i kr } - e^{-i k r} \right) $$ Она разбивается на два слагаемых, в одном меняется знак у $k$. В результате получается интеграл по $\mathbb R$.

 Профиль  
                  
 
 Re: Функции Грина
Сообщение09.07.2014, 17:15 
Заслуженный участник


21/08/10
2462
EvilPhysicist в сообщении #885782 писал(а):

Для первого случая
Изображение Изображение


Ответ ясен сразу: ноль. А никак не интеграл, Вами написанный. Просто потому, что внутри замкнутого контура интегрирования нет полюсов. Ошибка тоже ясно где: уж если обходите полюса сверху, так обходите все время сверху, и при положительных и при отрицательных t. Иначе --- чушь несусветная.

Конечно путь замыкания по большой полуокружности выбирается по разному для отрицательных и положительных t, нужно чтобы интеграл по этой большой полуокружности стремился в ноль при бесконечном радиусе (изначально-то интегрирование только вдоль действительной оси). Легко определить когда как, просто глядя на экспоненту. Вот и получится при одних t ноль, а при других --- не ноль. При таком обходе полюсов, конечно. Можно один полюс обойти сверху, а другой --- снизу (казуальная ФГ), тогда не ноль в обоих случаях.

-- Ср июл 09, 2014 21:25:48 --

EvilPhysicist в сообщении #885782 писал(а):
Делал все так же, только в другом порядке.



Так тоже можно. Даже еще лучше. Почему --- подумайте сами, сделав и так, и эдак. Но только без ошибок.

 Профиль  
                  
 
 Re: Функции Грина
Сообщение09.07.2014, 17:31 


07/06/11
1890
Alex-Yu в сообщении #885795 писал(а):
Ошибка тоже ясно где: уж если обходите полюса сверху, так обходите все время сверху, и при положительных и при отрицательных t. Иначе --- чушь несусветная.

Почему?

Alex-Yu в сообщении #885795 писал(а):
Ответ ясен сразу: ноль

Ответ на что?

 Профиль  
                  
 
 Re: Функции Грина
Сообщение09.07.2014, 17:32 
Заслуженный участник


21/08/10
2462
EvilPhysicist в сообщении #885798 писал(а):
Почему?


Это очевидно. А вот с какого перепуга у Вас сдвиг полюсов зависит от t???? Уж куда сдвинуты, туда и сдвинуты, t здесь абсолютно ни при чем.

-- Ср июл 09, 2014 21:33:45 --

EvilPhysicist в сообщении #885798 писал(а):
Ответ на что?


Результат вычисления интеграла методами ТФКП сразу очевиден: ноль.

 Профиль  
                  
 
 Re: Функции Грина
Сообщение09.07.2014, 17:52 


07/06/11
1890
Alex-Yu в сообщении #885799 писал(а):
А вот с какого перепуга у Вас сдвиг полюсов зависит от t

Я не двигал полюса.

-- 09.07.2014, 20:54 --

Если сдвигать, то там, действительно, очевидно, что функции будут вести себя как $\theta( \pm t)$

 Профиль  
                  
 
 Re: Функции Грина
Сообщение09.07.2014, 17:57 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
Alex-Yu в сообщении #885795 писал(а):
Ошибка тоже ясно где: уж если обходите полюса сверху, так обходите все время сверху, и при положительных и при отрицательных t. Иначе --- чушь несусветная.

Как я уже приводил цитату, не обязательно делать именно так.

А вот картинки с формулами надо держать в соответствии, разумеется.

EvilPhysicist в сообщении #885810 писал(а):
Я не двигал полюса.

Выбор направления обхода ≡ бесконечно-малый сдвиг полюсов, вы же с этим уже, вроде, соглашались. Или по крайней мере, пропустили, а зря.

 Профиль  
                  
 
 Re: Функции Грина
Сообщение09.07.2014, 17:59 


07/06/11
1890
Munin в сообщении #885812 писал(а):
Выбор направления обхода ≡ бесконечно-малый сдвиг полюсов, вы же с этим уже, вроде, соглашались. Или по крайней мере, пропустили, а зря.

Да, тогда соглашался. Просто сейчас у меня когнитивный диссонанс от этого.
Ну и еще я не видел математического доказательства этого.

-- 09.07.2014, 21:01 --

Если сдвиг полюсов эквивалентен изменению обхода, то должно быть
$$ \lim\limits_{\gamma' \to \gamma} \int\limits_{\gamma'} f(z) dz = \lim\limits_{\varepsilon \to 0} \int\lmiits_\gamma f(z+\varepsilon) dz $$
Как-то мне сейчас это не очевидно.

-- 09.07.2014, 21:03 --

С третей стороны, если сам интеграл $\int\limits_\gamma f(z) dz $ расходится, то делать с ним можно что угодно. А вот интеграл $ \lim\limits_{\gamma' \to \gamma} \int\limits_{\gamma'} f(z) dz$ и $\lim\limits_{\varepsilon \to 0} \int\lmiits_\gamma f(z+\varepsilon) dz $ должны быть сходящимися. И тут у меня мысль останавливается.

-- 09.07.2014, 21:11 --

Так, теперь я не сомневаюсь в том, что сдвиг полюсов равен искривлению контуров.

 Профиль  
                  
 
 Re: Функции Грина
Сообщение09.07.2014, 19:13 


07/06/11
1890
Пересчитал функции Грина.

Если полюса сдвигать вверх
$$ \cfrac{1}{8\pi^2} \cfrac{\theta(-t)}{r} \int\limits_{\mathbb R} \cfrac{k dk}{\sqrt{k^2+m^2}} \left[  e^{i(\omega_k t - kr)} - e{-i(\omega_k t - kr)} \right] $$
Если вниз
$$ \cfrac{1}{8\pi^2} \cfrac{\theta(-t)}{r} \int\limits_{\mathbb R} \cfrac{k dk}{\sqrt{k^2+m^2}} \left[  e^{i(\omega_k t - kr)} - e{-i(\omega_k t - kr)} \right] $$
Если правый вниз, а левый -- вверх
$$ \cfrac{1}{8\pi^2} \cfrac{1}{r} \int\limits_{\mathbb R} \cfrac{k dk}{\sqrt{k^2+m^2}} \left[\theta(t)  e^{i(\omega_k t - kr)} - \theta(-t) e{-i(\omega_k t - kr)} \right] $$
Это больше похоже на реальность?

 Профиль  
                  
 
 Re: Функции Грина
Сообщение09.07.2014, 19:51 
Заслуженный участник


21/08/10
2462
EvilPhysicist в сообщении #885815 писал(а):
Если сдвиг полюсов эквивалентен изменению обхода, то должно быть
$$ \lim\limits_{\gamma' \to \gamma} \int\limits_{\gamma'} f(z) dz = \lim\limits_{\varepsilon \to 0} \int\lmiits_\gamma f(z+\varepsilon) dz $$
Как-то мне сейчас это не очевидно.


Раз не очевидно, значит Вы не понимаете что такое вычет. Между прочем, это скачок, который испытывает интеграл, когда контур интегрирования "протаскивается" через полюс. С точностью до коэффициента, естественно. Возмите какой-нибудь простой пример. Например, окружность внутри которой один полюс подинтегральной функции. Теперь начните этот полюс двигать простым сдвигом аргумента функции. Ничего не изменится, пока полюс не пересечет контур. А как пересечет, так сразу интеграл скачком изменится на ноль. Кстати, само название отсюда и происходит: разница между до пересечения и после. Коши, кажется, не уверен, придумал.

-- Ср июл 09, 2014 23:54:39 --

EvilPhysicist в сообщении #885844 писал(а):
Это больше похоже на реальность?



Теперь более похоже. Хотя и подозрительно на счет интегрирования по всей оси. Детально проверять я не стану, сами проверяйте. И явно перепутан знак в функции Хевисайда. Обе Ваши ФГ, из первых двух, --- опережающие. А должна быть одна опережающая, а другая --- запаздывающая. Уж избавьте меня от необходимости разбираться где какая при тех определениях фурье-преобразования, что Вы пользуетесь.

-- Ср июл 09, 2014 23:59:52 --

EvilPhysicist в сообщении #885815 писал(а):
С третей стороны, если сам интеграл $\int\limits_\gamma f(z) dz $ расходится, то делать с ним можно что угодно.



Вы не правы. Нужно просто разобраться в смысле этой расходимости. Да и не расходится он вовсе, если более акуратно определить, в каком смысле здесь интегрирование (но есть варианты такого доопределения, их мы тут и обсудали очень долго).

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 40 ]  На страницу Пред.  1, 2, 3  След.

Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: reterty, YandexBot [bot]


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group