A homogén fokfüggvény olyan numerikus függvény , amelyben a függvény bármely tartományára és bármely tartományára igaz az egyenlőség:
A paramétert homogenitási sorrendnek nevezzük . Ez arra utal, hogy ha a függvény tartományába tartozik, akkor a nézet minden pontja a függvény tartományába is beletartozik.
Vannak még
Egyes matematikai forrásokban a függvényeket homogénnek nevezik, ami a funkcionális egyenlet megoldása.
f ( λ v ) = g ( λ ) f ( v ) {\displaystyle f(\lambda \mathbf {v} )=g(\lambda )f(\mathbf {v} )} előre meghatározott függvénnyel , és csak ezután bizonyítjuk be, hogy a megoldás egyedisége további feltételt igényel, hogy a függvény nem azonos nullával, és a függvény egy bizonyos függvényosztályba tartozik (például folytonos volt vagy monoton volt) . Ha azonban egy függvény legalább egy ponton folytonos a függvény nullától eltérő értékével, akkor folytonos függvénynek kell lennie minden értékre , és így a függvények széles osztályánál az eset az egyetlen lehetséges.Indoklás:
A nullával azonos függvény bármely függvényválasztás esetén kielégíti a funkcionális egyenletet, de ez a degenerált eset nem különösebben érdekes.
Ha egy ponton az érték akkor:
A funkcionális Cauchy-egyenletnek van megoldása lineáris függvény formájában: ráadásul a folytonos vagy a monoton függvények osztályára ez a megoldás egyedülálló. Ezért, ha ismert, hogy egy folytonos vagy monoton függvény, akkor
A funkcionális Cauchy-egyenlet megoldásának egyediségének bizonyítása 1. A racionálisakkal ez igaz , mert: a) vagyis b) vagyis stb.; 2. Mivel az irracionális számok, amelyek tetszőlegesen szorosan „szoríthatók” két racionális közé, folytonos vagy monoton függvények esetén, az összefüggésnek az irracionális függvényekre is teljesülnie kell. 3. Az utolsó lépés: az arányt be kell állítani Megjegyzés: a függvények szélesebb osztályai esetében a vizsgált funkcionális egyenletnek más, nagyon egzotikus megoldásai is lehetnek (lásd a "Hamel alapjai" című cikket ). A folytonosság igazolása, ha legalább egy ponton folytonosLegyen a függvény folytonos egy fix ponton , és vegyük figyelembe az azonosságot
Amikor az érték a függvény folytonossága miatt a pontban hajlik Azóta ez azt jelenti, hogy hajlik , vagyis hogy a függvény a pontban folytonos Mivel bárki választhatja, akkor minden ponton folytonos. .
Következmény: Ha egy homogén függvény folytonos egy pontban, akkor folytonos is lesz az alak minden pontján (beleértve azt is, amikor ).
Tétel . Az alakban bármilyen homogén függvény ábrázolható
homogenitási sorrenddel
ahol a változók valamilyen függvénye . Bármely homogenitási sorrendű abszolút homogén függvény ábrázolható
ahol a változók valamilyen függvénye .
Bizonyíték.Vegyük a nulla fok homogén függvényét. Ezután a választás során megkapjuk a szükséges reláció egy adott verzióját:
Homogén fokfüggvény esetén a függvény nulla fokú homogén függvénynek bizonyul. ezért _
Következmény. Az alakban bármely homogén fokfüggvény (abszolút homogén fokfüggvény ) ábrázolható
ahol a változók valamilyen megfelelő függvénye , egy fix homogén fokfüggvény (egy fix abszolút homogén fokfüggvény ), és , ..., rögzített funkcionálisan független, nulla fokú homogén függvények. A függvények fix megválasztásához ez a reprezentáció egy-egy megfelelést határoz meg a változók homogén fokfüggvényei és a változók függvényei között .
Euler -tétel homogén függvényekre . Ahhoz, hogy egy differenciálható függvény homogén függvény legyen homogenitási renddel, szükséges és elégséges, hogy az Euler-reláció
teljesüljön.
A szükségesség az egyenlőség differenciálásából adódik Az elégségesség bizonyításához a „fagyott” függvényt vesszük .
A feltétel alapján megkapjuk , és az Eredményként a feltételből meghatározzuk az Állandót
Következmény. Ha a függvény differenciálható és a tér minden pontjában érvényes a homogenitási reláció egy bizonyos értéktartományban , akkor mindenre érvényes
Bizonyíték.Differenciáld a viszonyt a ponthoz képest !
Ez azt jelenti, hogy az Euler-reláció a pontban teljesül, és a pont tetszőlegessége miatt a pont is tetszőleges. Megismételve az Euler-tétel fenti bizonyítását egy homogén függvényre, azt kapjuk, hogy a homogenitási reláció egy pontban teljesül, és tetszőleges ponthoz választhatunk olyan pontot, hogy a pont egybeessen a tér bármely előre megadott pontjával. Ezért a tér minden pontjában az összefüggés bármelyikre teljesül
Legyen adott egy vektor . A változók függvényét -homogénnek nevezzük a homogenitási sorrenddel, ha bármelyikre és bármelyikre az azonosság
A -homogén függvények esetében átmennek a közönséges homogén függvényekbe. Néha a homogenitás sorrendje helyett a homogenitás fokát vezetik be , amelyet a reláció határozza meg.
ahol A közönséges homogén függvényeknél a homogenitás sorrendje és a homogenitás foka megegyezik.
Ha a parciális deriváltak folytonosak a pontban , akkor -homogén függvényekre igaz az Euler - relációt általánosító és a pontban a -homogenitás azonosságának differenciálásával kapott reláció :
A közönséges homogén függvényekhez hasonlóan ez az összefüggés szükséges és elégséges ahhoz, hogy a függvény homogén függvény legyen egy vektorral és egy homogenitási renddel
Ha -homogén függvény vektorral és homogenitási sorrenddel , akkor -homogén függvény vektorral és homogenitási sorrenddel is (az új paraméter -homogenitásának azonosságára való behelyettesítéséből következik ). Emiatt a -homogén függvények figyelembevételekor elég csak az esetre szorítkozni, különösen a normalizálást lehet úgy megválasztani, hogy a homogenitás sorrendje megegyezzen egy előre rögzített értékkel. Ráadásul az általánosság elvesztése nélkül feltételezhetjük, hogy
Változók megváltoztatásakor a -homogén függvény egy vektorral és egy homogenitási renddel átalakul egy közönséges homogén függvénysé , amelynek homogenitása rendje . Ebből következik, hogy az -homogén függvények általános reprezentációja vektorral és homogenitási sorrenddel a következő:
ahol a változók valamilyen függvénye .
Forrás: Ya. S. Bugrov, S. M. Nikolsky, Felső matematika: tankönyv egyetemeknek (3 kötetben), V.2: Differenciál- és integrálszámítás ( http://www.sernam.ru/lect_math2.php Októberi keltezésű archív másolat 1, 2012 at the Wayback Machine ), 8.8.4.
Differenciál operátor
néha Euler-operátornak is nevezik, a homogén függvények Euler-azonosságának analógiájára. Euler fenti homogén függvényekre vonatkozó tételéből az következik, hogy ennek az operátornak a sajátfüggvényei homogén függvények, és csak azok, és egy ilyen függvény sajátértéke a homogenitási sorrendje.
Ennek megfelelően az Euler-operátort konstanssá alakító függvények a homogén függvények logaritmusai és csakis azok. Az Euler-operátort eltüntető függvények a zérusrendű homogén függvények, és csak ezek ( a nulladrendű homogén függvény logaritmusa maga is nullarendű homogén függvény).
Hasonlóképpen a differenciálműködtető esetében is
a sajátfüggvények -homogén függvények vektorral és csak ők, a sajátérték pedig a -homogén függvény homogenitási sorrendje. Ezt a differenciális operátort a vektorral -homogén függvények logaritmusaival konvertálják konstanssá, más függvények nem.
Az Euler operátor további általánosítása a differenciális operátor
amelyet az Euler operátorra redukál az at változással . Az űrlap minden differenciális operátora is Euler operátorrá lesz redukálva a változás által
Forrás: Chi Woo, Igor Khavkine, Euler-tétel a homogén függvényekről Archiválva : 2012. augusztus 2. a Wayback Machine -nél ( PlanetMath.org )
Egy függvényt korlátosan homogénnek nevezünk a pozitív valós számok halmazára vonatkozó homogenitás kitevőjével (ezt homogenitáshalmaznak nevezzük), ha az azonosság mindenre és mindenre érvényes
A homogenitás halmaza mindig tartalmazza az egységet. A homogenitáshalmaz nem tartalmazhat tetszőlegesen kis folytonos szakaszt – különben egy korlátosan homogén függvény közönséges homogén függvénynek bizonyul (lásd alább a „Néhány homogén függvényekkel kapcsolatos funkcionális egyenlet” című részt). Ezért azok a korlátosan homogén függvények érdekesek, amelyekre és amelyekre nézve a homogenitáshalmaz tisztán diszkrét.
1. példa: A függvény korlátosan homogén egy homogenitás kitevőjével a halmazhoz, ahol egész számok.
2. példa : A függvény korlátosan homogén egy homogenitás kitevőjével a halmazhoz, ahol egész számok.
Tétel. Ahhoz, hogy egy függvény korlátosan homogén legyen a homogenitási renddel, szükséges és elégséges, hogy az alakja legyen
ahol egy olyan függvény, amely periodikus egy változóban , amelynek legalább egy periódusa független a következőtől. Ebben az esetben a homogenitáshalmaz olyan számokból áll, ahol a függvény periódusai függetlenek
Bizonyíték. Az elégségességet közvetlenül igazolják, a szükségességet igazolni kell. Változtassuk meg a változókat
aholtehát Ha most figyelembe vesszük a függvényt , akkor a homogenitási feltételből megkapjuk az összes elfogadható egyenlőséget
amely akkor lesz érvényes Ha csak a halmaz nem csak egyből áll, akkor a csere után a függvény
Periodikusnak bizonyul egy nem nulla periódusú változóban bármely rögzített módon választott esetén, mivel a fenti egyenlőség magában foglalja a kapcsolatot
Nyilvánvalóan a választott fix érték egyszerre lesz a függvény periódusa minden esetben
Következmények:
Irodalomjegyzék: Konrad Schlude, Bemerkung zu beschränkt homogenen Funktionen . - Elemente der Mathematik 54 (1999).
Információ forrása: J.Pahikkala. Korlátozottan homogén függvény Archiválva : 2012. augusztus 23. a Wayback Machine -en ( PlanetMath.org ).
[a rész még nincs megírva]
Forrás: I. M. Gelfand, Z. Ya. Shapiro. Homogén függvények és alkalmazásaik. Advances in Mathematical Sciences, 10. kötet (1955) 2. sz. 3, 3-70.
[a rész még nincs megírva]
Forrás: I. M. Gelfand, Z. Ya. Shapiro. Homogén függvények és alkalmazásaik. Advances in Mathematical Sciences, 10. kötet (1955) 2. sz. 3, 3-70.
1. Hagyjuk
az intervallum valamely függvényéhez Mi legyen a függvény
Megoldás. Megkülönböztetjük ennek a kapcsolatnak mindkét oldalát a Kapunk alapján
Különböztessük meg ugyanannak a relációnak mindkét oldalát, hogy megkapjuk a relációkat
Innen
A jobb oldal csak attól függ, a bal oldal csak attól függ , így mindkettő egyenlő ugyanazzal az állandóval , amit jelölünk. A feltételekből és feltételekből következik , hogy Ennélfogva egy homogén függvény homogenitási paraméterrel. külön vizsgálják, és nem érdekelnek.
Jegyzet. Nem szükséges olyan feltételt használni , általában véve, amely eredetileg nem volt megadva, és nem szükséges a függvényt az intervallumon kívülre kényszeríteni . Az egyenlőségtől
a homogén függvényekre vonatkozó Euler-tételből az is következik, hogy homogenitási paraméterrel rendelkező homogén függvény, tehát ebből különösen az következik, hogy ha a homogenitási reláció egy adott intervallumra érvényes, akkor mindenre érvényes
2. Hagyjuk
néhány rögzített és tetszőleges érték esetén Mi legyen a függvény
Megoldás. Ha ezután a problémát egy alacsonyabb dimenziójú funkcionális egyenletre redukáljuk
amíg nem redukálódik az esetre egy kézenfekvő válasszal .. Ezért a továbbiakban csak az esetet vizsgálhatjuk
Változóváltást végzünk, ekkor a funkcionális egyenlet is alakot ölt
Külön meg kell vizsgálnunk az és és és a Legyen és az eseteket , majd az egyenlőség és a helyettesítés mindkét részének logaritmusának felvétele után megkapjuk a feltételt
ebből következik, hogy a következő alakja van: ahol egy olyan függvény, amely periodikus egy periódusos változóban .
ahol egy olyan függvény, amely periodikus egy periódusos változóban, és kielégíti a szükséges funkcionális relációt
A féltengely helyett helyettesítést használunk , és hasonló érvelés után megkapjuk a végső választ:
a) ha akkor b) ha akkorvagy röviden
ahol a jelölés hangsúlyozza, hogy a for és for ezek általában két különböző periodikus függvény és , amelyek mindegyike definíciós tartománnyal és különböző értékekkel rendelkezik ehhez a tartományhoz, de ugyanakkor ugyanazzal a periódussal.
Az esetet leegyszerűsíti, hogy a kapcsolatok láncolatából
követi az általunk már tárgyalt esetet. Tehát a függvény így írható fel
ahol van valami periodikus függvény egy periódusos változóban Ha ezt a kifejezést behelyettesítjük az eredeti egyenletbe, akkor az nem csak egy periódusos függvény, hanem egy periódusos antiperiodikus függvény
(Nyilvánvalóan a periódusellenesség periódusos periódusosságot jelent a ponttal ). Ennek az ellenkezője nyilvánvaló: az antiperiodikus függvényt tartalmazó képlet kielégíti a szükséges funkcionális egyenletet.
A tok további tulajdonsága, hogy a féltengelyek és féltengelyek hatnak egymásra. Tekintsük az esetet Akkor a kapcsolatok láncolatából
ebből következik, hogy a függvénynek alakjával kell rendelkeznie
ahol egy olyan függvény, amely periodikus egy változóban periódusos és definíciós tartományban. Azóta minden pozitív pont egy az egyhez negatív ponttal , amelynek értéke egyenlő . Ennek eredményeként, figyelembe véve a függvény periodicitását, a függvény a következőképpen kerül kiszámításra
a) at b) mikorahol egy függvény periodikus egy periódusos változóban Könnyen ellenőrizhető, hogy az esetre így definiált függvény valóban kielégíti-e a kívánt funkcionális egyenletet
Jegyzet. Ha valamelyik függvény kielégíti a megadott funkcionális egyenletet némelyik esetén, akkor könnyen belátható, hogy ugyanazt a funkcionális egyenletet teljesíti más értékhalmazokra is , tehát ebben az esetben az ilyen párok halmaza bármely nullától eltérő egész értékre vonatkozik. ahol az egész számot úgy választjuk meg, hogy az értéke egy függvény legkisebb pozitív periódusa legyen. Bevezetjük a jelölést úgy, hogy megkapjuk a korlátosan homogén függvényeknek megfelelő feltételt. A helyettesítés a korlátosan homogén függvények ábrázolását a megszokott formába hozza.
3. További funkcionális egyenletek találhatók e cikk „Kapcsolódó homogén függvények” és „Kölcsönösen homogén függvények” című szakaszaiban.
Az általánosított függvények vagy eloszlások lineáris folytonos függvényekként definiálhatók az „elég jó” függvények terén. Homogén általánosított függvények esetén célszerű "kellően jó" függvényként tetszőleges nagyságrendű deriváltokkal rendelkező és bármely mértéknél gyorsabban csökkenő függvények ebben az esetbenbármely véges tartományba integrálható közönséges függvény a a funkcionális
térben meghatározott és nyilvánvalóan lineáris és folytonos. Az általánosított függvények lehetővé teszik számos elemzési kérdés leegyszerűsítését (például minden általánosított függvénynek tetszőleges sorrendű deriváltja van, Fourier-transzformációt enged meg stb.), valamint legitimálják az olyan egzotikus objektumokat, mint a -függvény és származékai . .
A szokásos integrálható függvények esetében, amelyek homogének a homogenitás kitevőjével , a könnyen ellenőrizhető azonosság érvényes
Ezt az azonosságot tekintjük az általánosított homogén függvény definíciójának: a homogén általánosított függvény, amelynek homogenitási kitevője (általánosságban véve komplex), egy térben meghatározott lineáris folytonos függvény , amely kielégíti az azonosságot (**).
A kapcsolódó homogén általánosított függvényeket hasonló módon definiáljuk. A kapcsolódó homogén általánosított rendű függvény a homogenitás kitevőjével egy lineáris folytonos függvény, amely bármelyikre kielégíti a kapcsolatot
ahol van valami adjunkt homogén általánosított függvény a harmadrendű homogenitás kitevőjével
Példa. Az általánosított függvény egy homogén általánosított függvény, amelynek homogenitási kitevője van
A homogén általánosított függvények vizsgálata lehetővé teszi, hogy értelmes jelentést adjunk a szinguláris szingularitású integráloknak, amelyek a szokásos értelemben nem integrálhatók. Tekintsünk például egy általánosított függvényt. Ez a függvény definiálva van, és mint könnyen ellenőrizhető, egy homogén általánosított függvény, amelynek homogenitási kitevője . A tesztfüggvény fix kiválasztásával az érték függvénynek tekinthető összetett változóról , és általánosságban elmondható, hogy az adott tartományon kívül is analitikusan folytatható. Mégpedig az egyenlőség jobb és bal oldala
a változóban analitikusak és egymással azonosan egyenlőek a -ra . Az egyenlőség jobb oldala azonban értelmes és analitikus is -ra . Emiatt az egyenlőség jobb oldala a bal oldal analitikus folytatása -az egyenlőség oldala a Ennek eredményeként az egyenlőség
lineáris folytonos függvényt definiál, amely az előzőleg definiált függvény kiterjesztése értékig . A for és for képletek ugyanazt az eredményt adják ugyanazokra az értékekre , amelyeknél mindkettőnek értelme van: ez a definíció konzisztens. A most mindenkire definiált általánosított függvény továbbra is homogén általánosított függvény, mivel a homogenitási reláció az analitikus folytatás mellett megmarad.
Segítségével meghatározhatóak az integrál bármely komplexhez értelmes szabályosított értékei. Ez alól kivételek azok az egész értékek, ahol a regularizált integrál szinguláris: a függvénynek egy pontban egy változó függvényében van egy egyszerű pólusa, egy maradékot
Ugyanezen séma szerint analitikusan folytatható az adjunkt homogén függvény , melynek segítségével az integrálok szabályos értékeit határozzuk meg, amelyeknek értelme van.
Hasonló, de összetettebb módon homogén általánosított függvényeket és a hozzájuk tartozó homogén általánosított függvényeket szerkesztjük változók esetére. A részletek az itt idézett irodalomjegyzékben találhatók. A homogén általánosított függvények elmélete lehetővé teszi, hogy az általánosított függvények terére alkalmazva konstruktív módon megértsük azokat a közönséges függvényeket, amelyek nem integrálható szingularitásokkal rendelkeznek – az ilyen függvények integráljainak kiszámítását, Fourier-transzformációjuk megtalálását stb.
Irodalomjegyzék: I. M. Gelfand, Z. Ya. Shapiro . Homogén függvények és alkalmazásaik. Advances in Mathematical Sciences, 10. kötet (1955) 2. sz. 3, 3-70.