數學物理方法

狄拉克 delta 函數(Dirac delta function)

/ dee-RAK /

想像把某樣東西——質量、電荷、機率——的一整個單位,全部擠進單一一點:無限高、無限細,總量卻恰好是一。那個理想化就是狄拉克 delta。它不是通常意義下的函數(沒有一個誠實的函數會處處為零卻有面積一);它是一個極限——一個越來越窄、越來越高的尖峰的極致化。

狄拉克 delta delta(x) 不由它的值定義,而由它在積分裡所做的事定義:它是使 delta(x) dx 的積分等於 1、而且更關鍵地具篩選性質、使 f(x) delta(x - a) dx 的積分等於 f(a) 的那個物件——它把任何測試函數在點 a 的值挑出來。嚴格說它是一個分布(廣義函數),是作用在光滑測試函數上的連續線性泛函,是諸如變窄的高斯、或 (1/(2 pi)) 乘上 e^(i k x) dk 積分這類新生 delta 的極限。它的導數藉由把微分挪到測試函數上來定義:delta'(x) f(x) dx 的積分等於 -f'(0)。

它是物理學家處理任何點狀或瞬時之物的工具:一個點電荷的密度是 q delta(r - r0),一個尖銳的脈衝是 F delta(t),而連續基底(位置、動量)的正交歸一寫成 x 與 x' 的內積等於 delta(x - x')。它是定義格林函數的源項(L G = delta),而它的傅立葉表示正是讓一個純指數的轉換成為一個 delta 尖峰的原因——一個完美尖銳頻率的數學陳述。

篩選性質實際運作:cos(x) delta(x - pi) 從 -infinity 到 infinity 的積分等於 cos(pi) = -1。位於 x = pi 的尖峰忽略了其他所有地方的 cos(x),只回報它在該點的值。

delta 函數在單一點上取樣一個函數。

它不是一個函數,把它當函數操作會招來胡言(delta(0) 不是一個數,delta(x)^2 也沒有定義)。它只有在對一個光滑測試函數積分時才合法——那是它唯一擁有的意義。

又称
delta function狄拉克 delta 函數單位脈衝impulse