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基礎的なことこそ、簡単な例が必要だと思うのです。

数学

CoulombポテンシャルのFourier変換(収束因子経由)

以前に、CoulombポテンシャルのFourier変換を、Poisson方程式を経由することで求めた。 koideforest.hatenadiary.com今回は収束因子を導入することによって求める。 と定義すると、 この積分を評価する。と定義し、と置くと、 したがって、

電子ガス模型における電子間相互作用の一次摂動。

電子ガス模型における電子間相互作用の効果を、一次摂動で求める。 ここで、変数変換およびをすると、対称性が良くなる。 半径の球を考える。のとき、の動く範囲はこの球に一致する。 絶対値の中身を具体的に考えると、 これをもとに、で固定したときに許さ…

軸対称な物体の体積。

CTスキャンのように、断面図をからまで足し合わせていくイメージである。 軸対称なため、断面図は半径の円である。球体の場合、 であるから、 となり、よく知っている球の体積が得られた。

組み合わせの一般化。

個の要素(例えば番号の振られたボール)のうち個を取り出して、それを個のグループ(例えば番号の振られた筒)に分けたときに、各グループ内の要素の個数がとなる組み合わせの数は、 ただし 証明 個の要素(例えば番号の振られたボール)から個を取り出して…

はじめてのベイズ法。

IPythonデータサイエンスクックブックに載っていた内容の紹介。以下、言葉と記号を整理しておく。 : モデルを構成するパラメータ。ただし、確率変数として扱っていく。 : 「事前確率分布」と呼ばれる、を決定するのに何も情報を持っていない時に仮定するの確…

調和振動における滞在時間からの分布関数の導出。

古典的な調和振動は以下のように表される。 周期を用いて、この振動の(位置)期待値を取ると、 つまり、原点に多く存在している「ように」見える。次に、標準偏差を取ると、 となり、「少なくとも」常に原点にいるわけではないことがわかる。一方、原点から…

無限級数の部分和による近似。

無限級数を部分和に分解したときに、相対誤差がどのようになるかを考察してみた。 無限級数を以下のように定義する。 この無限級数を次の様に部分和で近似してみる。 この近似の相対誤差は、 更に、で元の無限級数に一致させるために、重み付けして和を取る…

Campbell-Baker-Hausdorffの公式と生成消滅演算子の時間発展。

いつも公式を忘れるので、ここでまとめる。 Campbell-Baker-Hausdorffの公式を帰納法を用いて証明する。 帰納法を使えば、 したがって、一般の次数における微分係数が求まったため、Maclaurin展開より、 Campbell-Baker-Hausdorffの公式を(自由)電子系に応…

二項分布まとめ

二項分布の平均と分散がわかりにくかったのでまとめ。 参考:二項分布の平均と分散の二通りの証明 | 高校数学の美しい物語このとき、二項分布に従う確率変数と、となる確率 は次のように定義される。 が規格化されていることを確認。 二項分布に従う確率変数…

極値において、一階微分がゼロでも二階微分はゼロじゃない点について

例として、三次方程式 を考える。では極値を取るとすると、 極値が存在するかどうかは、二次方程式の判別式を解く必要があるが、極値の存在を仮定すると、の関係が求まる。この条件のもと、極値における二階微分を求めると、 となり、一般にゼロでない。この…

正規分布関数(Gauss関数)の正規性、平均および分散

正規分布関数を以下に定義する。 規格化が成り立っていることの証明。 平均値がであることの証明。 分散がであることの証明。 よって、は標準偏差を表すことになる。

三準位系の間接相互作用(プロット)

前回、三準位系について考察した。 koideforest.hatenadiary.com今回は、実際にエネルギー準位が相互作用によってどう変化するかをプロットする。 import numpy as np import sympy as sy from matplotlib import pyplot as plt # eigenvalues e, v12, v23 =…

三準位系における間接相互作用

三準位系で、1と3は相互作用しないが、それぞれ2と相互作用しているときの1と3の関係について知りたい。解きたい行列式。 簡単のため、 更に簡単のため、。 のとき、 となり、中心のは動かない。 二準位だけ考えた場合の分裂幅は、 であることから、三準位で…

CoulombポテンシャルのFourier変換(Poisson方程式経由)

Ashcroft-Mermen "Solid State Physics"に準拠する方法で紹介する。単位の取り方で、が付いたり付かなかったり等、色々有る。 電磁気量の単位系 - Wikipedia CGS単位系を選択することで、 がPoisson方程式に露わに現れる。 。 として扱う。Poisson方程式。 …

「式の形」と「リーダブルコード」について

正射影ベクトルの公式というものがあるらしい。 正射影ベクトルの公式の証明と使い方 | 高校数学の美しい物語 これは、「ベクトルをベクトル方向に射影したベクトルを求める」というものである。この公式を見て思ったのは、「計算出来るけど『意味が』分かり…

励起状態に対する(定常状態)変分法について

「変分で求めた基底エネルギーは、真の基底エネルギーよりも高い」のは良い。しかし、「(定常)変分で求めた励起状態エネルギーは、真の励起状態エネルギーよりも高い」ことの証明は、ネット上でチラホラ見掛けるが、間違っている。励起状態に関しては、何…

ローレンツ関数の積分値

よく忘れるのでメモ。の積分変換と、が思い付けば勝ち。

ゼロとの掛算はゼロに戻る証明。

和の単位元0は、あらゆる積の演算に対して自分自身に戻る。 この性質は、体の定義には含まれておらず、定理として導かれる。 そこで、体に含まれる元に対して、であることを証明する。先に、後で使う定理を導いておく。 以下証明。和の単位元0の性質より、 …

和の逆元が唯一つ存在することの証明。

この手の問題は、ついつい当たり前として証明をサボってしまうので、一つ一つ丁寧にやっていくことにする。体において、とすると、 となる逆元が存在する。 は和において単位元の役割を果たす。この時、逆元が唯一つしか存在しないことを、単位元および逆元…

多変数関数の連続性

変数が増えると、一見連続そうに見えても、不連続な場合がある。例1: import numpy as np from matplotlib import pyplot as plt def arbitrary_function( x, y ): return ( x - y ) / ( x + y + 1e-7 ) N = 1000 x_min, x_max = -1, 1 y_min, y_max = -1, …

背理法をよく考えながら、Hohenberg-Kohnの第一定理を考える。

Hohenberg-Kohnの第一定理は以下の様なものである。 「外場と基底状態電子密度は一対一対応する。」 これは、背理法で証明されることがほとんどだろう。しかし、背理法そのものについて学ぶことは、あまりない気がしたので、ここでまとめる。「命題」を、「…

二準位系での自己エネルギー

自己エネルギーがずっとわかったようでわからなかったので、二準位系で求めて見た。ハミルトニアンを次のように定義する。 次に、射影演算子を次のように定義する。 これによって、ハミルトニアンを(機械的に)対角項と非対角項に分けることが出来る。 もし…

高速フーリエ変換する時の端点の話。

高速フーリエ変換ことFFT(ファイナルファンタジータクティクスではありません)は、結局は離散フーリエ変換な訳で、ある範囲のデータが無限に周期的に繰り返しているとしてフーリエ変換してくれます。 この時に、端の点のどこで周期性を課すのか、ややこし…

「夢を叶えるためには、どれくらい頑張るべきか」を確率的に考察。

前回、諦める確率を考えた下で、最終的に欲しい結果が得られる確率について考察した。 koideforest.hatenadiary.com今回は、逆に「8,9割の確率で目的を達成するためには、どれくらい粘り強くあるべきか?」を考えたい。 一回の試行で欲しい事象が得られる確…

「諦める癖があると夢は叶わない」をコインとサイコロで考察。

前回、無限にコインやサイコロを投げれば、欲しい結果は必ず得られることを示した。 koideforest.hatenadiary.com今回は、途中で諦める確率を考慮した時に、どれだけ確率が減るかを試してみる。 諦める確率および続ける確率と定義する。「表が出るまでコイン…

「諦めなければ夢は叶う」をコインとサイコロで考察。

「コインを投げて表が出るまで永遠に投げ続けた時、最終的に表が得られる確率」を求める。したがって、無限にやれば、いつか必ず表が出るという結果に。今度はサイコロに問題を変えて、「1」の目が出るまで投げ続けることを考えると、 サイコロの場合でも、…

波動関数の節を数える

文字通り、波動関数の節を数える。ndarrayの中で条件を満たす要素数を数える方法。 NumPy配列ndarrayの条件を満たす要素数をカウント | note.nkmk.me import numpy as np x_min, x_max, N = 0, 3*np.pi, 100 x = np.linspace( x_min, x_max, N ) wave = np.c…

Spigot Algorithm

ネイピア数ってそういえばどうやって計算しているのかと思って調べてみたら、面白い記事を見つけた。 こつこつアルゴリズム(Spigot Algorithm)無限級数が以下のように定義されているとする。 この時、 と書けるので、 ここで、 したがって、これを次々繰り返…

平面波の球面波展開における漸近形

平面波の角運動量展開(球面波展開) 球Bessel関数よりも球Hankel関数の方が、漸近形を覚え易い。 これらを使うと、 例えば、仮に平面波の複素共役を取った場合、

二階微分演算子の変数変換 for Numerov method

Numerov法は一階微分方程式を含まない二階微分方程式を解くのに便利な方法である。 この方法を適用するには、等間隔の変数刻み(メッシュ or グリッド)が必要である。 しかし、変化が穏やかなところでは粗いメッシュで十分だが、一方で変化が急なところでは…