格林函數與邊值問題
點源響應(point-source response)
往平靜的池塘裡丟一顆石子,看那圈漣漪向外擴散。你剛剛測出了池塘對一個點擾動的響應。點源響應正是把這個想法變成數學:當線性系統的輸入是集中在一處(對時間問題則是某一瞬間)的理想化尖峰時,它產生的輸出。
點源響應正是格林函數的含義。當你施加單位點源 delta(x - s) 時,系統以 G(x, s) 作出反應;固定源點 s,把 G 看作觀測點 x 的函數,它就是那一個點所生成的響應場。在依賴時間的問題中,同一對象被稱為脈衝響應:在時間上輸入一個 delta,讀出由此產生的運動。因為支配算子是線性的,這一個響應就足夠了——知道系統如何回應一個點,就藉助疊加原理知道了它如何回應一切。
這正是工程師執著於脈衝響應、物理學家執著於傳播子的原因:對點源響應的一次測量(或計算)就刻畫了整個線性系統。在信號處理中,脈衝響應與輸入的卷積給出輸出;在光學中,對一個光點的響應是點擴散函數;在地震學中,它是地球對一次尖銳撞擊的響應。同一個詞「響應」貫穿了它們全部。
一個被尖銳電壓脈衝(時間上的 delta)驅動的 RLC 電路,會以衰減正弦 h(t) 振鈴衰落。此後任意輸入 v(t) 都通過卷積產生輸出:h(t - tau) v(tau) d tau 的積分。這單個脈衝響應 h 就是電路在時間上的格林函數。
脈衝進、振鈴出:脈衝響應就是電路的時域格林函數。
真正的點源是一種理想化——沒有任何物理戳擊是真正無限集中的。點源響應是戳擊在保持總強度恆為一的同時收縮成一點時的極限;它僅對成立疊加原理的線性系統才有意義。
又稱
另見