分布與廣義函數
施瓦茨空間(Schwartz space)
/ SHVARTS /
施瓦茨空間是一族比緊支撐試驗函數略大的探針,專門設計來讓傅立葉轉換感到自在。緊支撐探針對微分很好用,但傅立葉轉換往往把它的支撐攤開到無限遠,因此可能跑出原本那一族。施瓦茨空間的解決辦法,是允許函數延伸到無限遠,只要它衰減得比任何多項式增長都快。
確切地說,施瓦茨函數是一個無限平滑的函數,使得它本身及其每一階導數,當 x 趨於無限大時,都衰減得比 x 的任何負冪都快——也就是說,x^n 乘上任意一階導數,對每個冪次 n 都保持有界。像 exp(-x^2) 這樣的高斯函數是典型:平滑,且其尾端對每個 n 都比 1/x^n 衰減得快。決定性的特徵是它在傅立葉轉換下的平衡:施瓦茨函數的轉換仍是施瓦茨函數,且轉換把微分變成乘以變數、反之亦然,於是平滑與衰減互換位置,卻永不離開此空間。施瓦茨空間記作 S。
此空間之所以重要,是因為它是分布傅立葉轉換的正確起飛平台。能與施瓦茨探針連續配對的分布稱為緩增分布,而傅立葉轉換之所以能乾淨地延拓到它們身上,恰恰是因為 S 被保持不變。緊支撐試驗函數坐落於施瓦茨空間之中,所以每個以施瓦茨為基礎的論述也都適用於一般的試驗函數。
高斯函數 g(x) = exp(-x^2) 是一個施瓦茨函數。把它微分任意多次,你仍得到一個平滑、且尾端比任何冪都衰減得快的函數;它的傅立葉轉換又是一個高斯函數,這是 S 映回自身最乾淨的示範。
平滑且具超多項式衰減——而傅立葉轉換讓你留在同一族中。
緊支撐蘊含施瓦茨式的衰減,所以每個緊支撐試驗函數都是施瓦茨函數,但反過來不成立:高斯函數是施瓦茨函數,卻永遠不恰好為零,因此不是緊支撐的。
又稱
另見