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微分算符


表示 導數 計算的算符

 D^~=d/(dx),
(1)

有時也稱為牛頓-萊布尼茨算符。二階導數表示為 D^~^2,三階導數表示為 D^~^3,等等。積分表示為 D^~^(-1)

微分算符滿足以下恆等式

 (2x-d/(dx))^n1=H_n(x),
(2)

其中 H_n(x) 是一個 埃爾米特多項式 (Arfken 1985, p. 718),其中前幾個例子由下式明確給出

H_1(x)=2x-(partial1)/(partialx)
(3)
=2x
(4)
H_2(x)=2x(2x)-(partial(2x))/(partialx)
(5)
=4x^2-2
(6)
H_3(x)=2x(4x^2-2)-(partial(4x^2-2))/(partialx)
(7)
=8x^3-12x.
(8)

符號 theta 可以用來表示算符

 theta=xd/(dx)
(9)

(Bailey 1935, p. 8)。這個算符的一個基本恆等式由下式給出

 (xD^~)^n=sum_(k=0)^nS(n,k)x^kD^~^k,
(10)

其中 S(n,k) 是第二類斯特林數 (Roman 1984, p. 144),給出

(xD^~)^1=xD^~
(11)
(xD^~)^2=xD^~+x^2D^~^2
(12)
(xD^~)^3=xD^~+3x^2D^~^2+x^3D^~^3
(13)
(xD^~)^4=xD^~+7x^2D^~^2+6x^3D^~^3+x^4D^~^4
(14)

等等 (OEIS A008277)。特殊情況包括

theta^ne^x=e^xsum_(k=0)^(n)S(n,k)x^k
(15)
theta^ncosx=cosxsum_(k=0)^(n)(-1)^kS(n,2k)x^(2k)+sinxsum_(k=1)^(n)(-1)^kS(n,2k-1)x^(2k-1)
(16)
theta^nsinx=cosxsum_(k=1)^(n)(-1)^(k+1)S(n,2k-1)x^(2k-1)+sinxsum_(k=0)^(n)(-1)^kS(n,2k)x^(2k).
(17)

該恆等式的移位版本由下式給出

 [(x-a)D^~]^n=sum_(k=0)^nS(n,k)(x-a)^kD^~^k
(18)

(Roman 1984, p. 146)。


另請參閱

對流導數, 導數, 分數階導數, 梯度

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參考文獻

Arfken, G. Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, 1985.Bailey, W. N. Generalised Hypergeometric Series. Cambridge, England: University Press, 1935.Roman, S. The Umbral Calculus. New York: Academic Press, pp. 59-63, 1984.Sloane, N. J. A. Sequence A008277 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

在 中引用

微分算符

請引用為

Weisstein, Eric W. “微分算符。” 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/DifferentialOperator.html

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