线性谐振子 这是一个我自己不知道该怎么叙述问题的帖子
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level 1
寡言慎行2 楼主
自己输入的代码是这样的
In[6]:= \[Psi][\[Xi]] = E^(-\[Xi]^2/2) H[\[Xi]];
H[\[Xi], Subscript[a, \[Nu]]] =
Sum[Subscript[a, \[Nu]] \[Xi]^\[Nu], {\[Nu], 0, \[Infinity]}];
\[Psi][\[Xi]]
Out[8]= E^(-(\[Xi]^2/2)) H[\[Xi]]
In[9]:= \[Psi]'[\[Xi]] = D[E^(-(\[Xi]^2/2)) \!\(
\*UnderoverscriptBox[\(\[Sum]\), \(\[Nu] = 0\), \(\[Infinity]\)]\(
\*SuperscriptBox[\(\[Xi]\), \(\[Nu]\)]\
\*SubscriptBox[\(a\), \(\[Nu]\)]\)\), \[Xi]]
Out[9]= E^(-(\[Xi]^2/2)) \!\(
\*UnderoverscriptBox[\(\[Sum]\), \(\[Nu] =
0\), \(\[Infinity]\)]\(\[Nu]\
\*SuperscriptBox[\(\[Xi]\), \(\(-1\) + \[Nu]\)]\
\*SubscriptBox[\(a\), \(\[Nu]\)]\)\) - E^(-(\[Xi]^2/2)) \[Xi] \!\(
\*UnderoverscriptBox[\(\[Sum]\), \(\[Nu] = 0\), \(\[Infinity]\)]\(
\*SuperscriptBox[\(\[Xi]\), \(\[Nu]\)]\
\*SubscriptBox[\(a\), \(\[Nu]\)]\)\)
In[10]:= \[Psi]''[\[Xi]] = D[E^(-(\[Xi]^2/2)) \!\(
\*UnderoverscriptBox[\(\[Sum]\), \(\[Nu] = 0\), \(\[Infinity]\)]\(
\*SuperscriptBox[\(\[Xi]\), \(\[Nu]\)]\
\*SubscriptBox[\(a\), \(\[Nu]\)]\)\), {\[Xi], 2}]
Out[10]= -2 E^(-(\[Xi]^2/2)) \[Xi] \!\(
\*UnderoverscriptBox[\(\[Sum]\), \(\[Nu] =
0\), \(\[Infinity]\)]\(\[Nu]\
\*SuperscriptBox[\(\[Xi]\), \(\(-1\) + \[Nu]\)]\
\*SubscriptBox[\(a\), \(\[Nu]\)]\)\) + (-E^(-(\[Xi]^2/2)) +
E^(-(\[Xi]^2/2)) \[Xi]^2) \!\(
\*UnderoverscriptBox[\(\[Sum]\), \(\[Nu] = 0\), \(\[Infinity]\)]\(
\*SuperscriptBox[\(\[Xi]\), \(\[Nu]\)]\
\*SubscriptBox[\(a\), \(\[Nu]\)]\)\) + E^(-(\[Xi]^2/2)) \!\(
\*UnderoverscriptBox[\(\[Sum]\), \(\[Nu] =
0\), \(\[Infinity]\)]\(\[Nu]\ \((\(-
\*SuperscriptBox[\(\[Xi]\), \(\(-2\) + \[Nu]\)]\) + \[Nu]\
\*SuperscriptBox[\(\[Xi]\), \(\(-2\) + \[Nu]\)])\)\
\*SubscriptBox[\(a\), \(\[Nu]\)]\)\)
In[13]:= eq2 = \[Lambda] \[Psi][\[Xi]] - \[Xi]^2 \[Psi][\[Xi]] + (\
\[Psi]^\[Prime]\[Prime])[\[Xi]]/\[Alpha]^2 == 0 // Simplify // Expand
Out[13]= E^(-(\[Xi]^2/2)) \[Lambda] H[\[Xi]] -
E^(-(\[Xi]^2/2)) \[Xi]^2 H[\[Xi]] - (2 E^(-(\[Xi]^2/2)) \[Xi] \!\(
\*UnderoverscriptBox[\(\[Sum]\), \(\[Nu] =
0\), \(\[Infinity]\)]\(\[Nu]\
\*SuperscriptBox[\(\[Xi]\), \(\(-1\) + \[Nu]\)]\
\*SubscriptBox[\(a\), \(\[Nu]\)]\)\))/\[Alpha]^2 - (
E^(-(\[Xi]^2/2)) \!\(
\*UnderoverscriptBox[\(\[Sum]\), \(\[Nu] = 0\), \(\[Infinity]\)]\(
\*SuperscriptBox[\(\[Xi]\), \(\[Nu]\)]\
\*SubscriptBox[\(a\), \(\[Nu]\)]\)\))/\[Alpha]^2 + (
E^(-(\[Xi]^2/2)) \[Xi]^2 \!\(
\*UnderoverscriptBox[\(\[Sum]\), \(\[Nu] = 0\), \(\[Infinity]\)]\(
\*SuperscriptBox[\(\[Xi]\), \(\[Nu]\)]\
\*SubscriptBox[\(a\), \(\[Nu]\)]\)\))/\[Alpha]^2 + (
E^(-(\[Xi]^2/2)) \!\(
\*UnderoverscriptBox[\(\[Sum]\), \(\[Nu] =
0\), \(\[Infinity]\)]\(\[Nu]\ \((\(-
\*SuperscriptBox[\(\[Xi]\), \(\(-2\) + \[Nu]\)]\) + \[Nu]\
\*SuperscriptBox[\(\[Xi]\), \(\(-2\) + \[Nu]\)])\)\
\*SubscriptBox[\(a\), \(\[Nu]\)]\)\))/\[Alpha]^2 == 0
好像不可以上传附件,所以我传到了百度云盘
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提取码:math
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2021年01月13日 13点01分 1
吧务
level 15
……你确定这问题本身没问题吗?比如
下一步,我想得到 Subscript[a, \[Nu]+2]/Subscript[a, \[Nu]]在\[Nu]->\[Infinity]的值,应当是 2/\[Nu]
\[Nu]->\[Infinity] 的话 2/\[Nu] 就为 0 了啊?行,这种陈述可能是指渐近行为,那我们试着算一下。显然这个问题可以靠直接解微分方程来回避对 Sum 的处理:
solH = E^(\[Xi]^2/2) DSolveValue[eq2, \[Psi][\[Xi]], \[Xi]]
接下来再将 solH 级数展开就能获得和式了。这里随便代组数(好吧,其实我并没有随便代,因为尽管你问题里没说,但这个问题多半要求 \[Psi]在实数域内有界。特殊函数的相关理论我基本是一窍不通,但稍加试探便会发现,抛物柱面函数似乎只有在第一个参数为正整数时才会满足这条。)
points = {#,
SeriesCoefficient[
solH /. {\[Alpha] -> 2, \[Lambda] -> 1., C[1] -> 1, C[2] -> 0}, {\[Xi], 0, #}]} & /@
Range[1, 21, 2]
Show[Plot[2/x, {x, 1, 21}, PlotRange -> All, AxesOrigin -> {0, 0}], ListLinePlot@points]
显然,系数并非渐近于2/\[Nu]。
你还是再检查下问题吧。
2021年02月06日 06点02分 2
……算points那里犯了个错,忘记算比值了。不过改过来也不行,LZ的问题本身是错的,参看4楼。
2021年07月03日 07点07分
level 1
感谢大佬愿意花时间检查我的代码。
实际上这是一个求解Hermit方程的式子,需要用到无穷级数的递推关系。写出来很容易出错。
后来这个方程我在Mma当中找到了,函数名称是H。在量子力学常用公式当中。
所以我在后边的代码中就直接引用了H。
再次感谢大佬~
2021年02月19日 06点02分 3
……所以说你原本是想用哪个递推关系?我当时姑且还是查过这几个特殊函数的性质的,好像没看到像的。
2021年03月06日 02点03分
吧务
level 15
……近期看了一点量子力学的东西,证实了我先前的想法:LZ的问题本身就是错的,第一步的换元少了系数,应该是 E^(α ξ^2/2) 。顺便说一句,这套论证接下来的大致内容是:由系数比例推出这个无穷级数不收敛(这步推导其实是不严格的),所以级数必须要在中途被“打断”,也就是要让级数的系数在某一步变为0,由此即可算出满足条件的能量(也就是这个特征值问题的特征值)。但实际上,虽然这个特征值问题多少有些触到了Mathematica的能力边界,我们依旧可以用比教科书解法更直接且“暴力”的方法来求解此问题。总之先算方程通解:
问题是定义在无穷域上的,边界条件是函数在整个域上有界。如果我的猜测不错,此处应该可以由ParabolicCylinderD的性质直接判断出正确的特征值,不过相关资料我没找到,我们还是按“一般”的思路继续分析。将这个函数在正无穷处展开并适当整理:
显然C[2]必须为0,否则函数在无穷远处要起飞,代入,在负无穷处再展开并整理:
又有一项要起飞,但这次不能靠把C[1]设成0来解决了,因为我们需要的是非平凡解。要让这项变0,得用到Gamma函数的性质:自变量是非正整数时Gamma函数趋于无穷:
In[627]:= Simplify[Gamma[n], n \[Element] Integers && n <= 0]
Out[627]= ComplexInfinity
非要重现教科书里的做法并非不可以,但需要更多的人工分析。(这里的主要痛点是求和的指标挪移。)最后一步照例级数展开,得出渐近行为:
最后,RSolve其实可以算出这个递推式的通项,且由通项出发进行分析并非完全行不通,不过我这会儿累了,所以就先不弄了。
2021年07月03日 07点07分 4
level 1
寡言慎行2 楼主
插眼!!!这是我本科毕业时候的题目,当时稀里糊涂的就过去了,再下回来贴吧才发现了吧主这么认真体贴的回复。
写完今年的毕业论文一定把这个问题彻底解决掉!!!
再次感谢吧主大大!!!
2024年04月12日 18点04分 9
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