กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 10 นาที

เกือบจะเป็นฟังก์ชันคาบ

ในทางคณิตศาสตร์ ฟังก์ชัน เกือบเป็น คาบ ( almost periodic function)โดยคร่าว ๆ แล้วคือฟังก์ชันของ ตัวแปร จริงที่เป็นคาบภายในระดับความแม่นยำที่ต้องการ โดยกำหนด "คาบเกือบ"...

เกือบจะเป็นฟังก์ชันคาบ

ในทางคณิตศาสตร์ ฟังก์ชัน เกือบเป็น คาบ ( almost periodic function)โดยคร่าว ๆ แล้วคือฟังก์ชันของ ตัวแปร จริงที่เป็นคาบภายในระดับความแม่นยำที่ต้องการ โดยกำหนด "คาบเกือบ" ที่ยาวและกระจายตัวอย่างเหมาะสม แนวคิดนี้ได้รับการศึกษาครั้งแรกโดยฮาราลด์ โบห์รและต่อมาได้รับการขยายความโดยเวียเชสลาฟ สเตปานอ ฟ เฮอ ร์มันน์ เวย์ลและอับราม ซาโมอิโลวิช เบซิโควิชและคนอื่นๆ นอกจากนี้ยังมีแนวคิดเกี่ยวกับฟังก์ชันเกือบเป็นคาบในกลุ่มอาเบเลียนแบบกะทัดรัดเฉพาะที่ (locally compact abelian groups ) ซึ่งได้รับการศึกษาครั้งแรกโดยจอห์น ฟอน นอยมันน์

ความเกือบจะ เป็นคาบเวลาคือคุณสมบัติของระบบพลวัตที่ดูเหมือนจะย้อนรอยเส้นทางเดิมผ่านปริภูมิเฟสแต่ไม่ตรงเป๊ะ ตัวอย่างเช่นระบบดาวเคราะห์ที่มีดาวเคราะห์โคจรด้วยคาบเวลาที่ไม่สามารถเปรียบเทียบกันได้ (กล่าวคือ เวกเตอร์คาบเวลาที่ไม่เป็นสัดส่วนกับเวกเตอร์ของจำนวนเต็ม ) ทฤษฎีบทของโครเนกเกอร์จากการประมาณไดโอแฟนไทน์สามารถใช้แสดงให้เห็นว่า การจัดเรียงตัวใดๆ ที่เกิดขึ้นครั้งหนึ่ง จะเกิดขึ้นซ้ำได้ภายในความแม่นยำที่กำหนดไว้ หากเรารอเป็นเวลานานพอ เราจะสังเกตเห็นว่าดาวเคราะห์ทั้งหมดกลับมาอยู่ในตำแหน่งเดิม ภายในระยะเวลาประมาณหนึ่ง วินาทีของส่วนโค้ง

แรงจูงใจ

มีนิยามที่ไม่เท่ากันหลายประการสำหรับฟังก์ชันเกือบเป็นคาบ นิยามแรกนั้นได้มาจากฮาราลด์ โบห์ร ความสนใจของเขาในตอนแรกนั้นอยู่ที่อนุกรมดิริชเลต์ แบบจำกัด อันที่จริงแล้ว การตัดทอนอนุกรมสำหรับฟังก์ชันซีตาของรีมันน์ζ ( s ) เพื่อให้เป็นแบบจำกัด จะได้ผลรวมจำกัดของพจน์ประเภท

โดยที่sเขียนได้เป็นσ  +  it – ผลรวมของส่วนจริงσและส่วนจินตนาการit เมื่อกำหนดค่า σให้คงที่โดยจำกัดความสนใจไว้ที่เส้นแนวตั้งเส้นเดียวในระนาบเชิงซ้อนเราสามารถมองเห็นสิ่งนี้ได้ดังนี้

การนำ ผลรวม จำกัดของพจน์ดังกล่าวมาใช้จะช่วยหลีกเลี่ยงความยากลำบากในการต่อยอดเชิงวิเคราะห์ไปยังบริเวณ σ < 1 ในบริเวณนี้ "ความถี่" log nจะไม่สามารถเปรียบเทียบกันได้ทั้งหมด (ความถี่เหล่านี้เป็นอิสระเชิงเส้นเหนือจำนวนตรรกยะ เช่นเดียว กับที่จำนวนเต็มnเป็นอิสระเชิงการคูณ ซึ่งขึ้นอยู่กับการแยกตัวประกอบเฉพาะของจำนวนเหล่านั้น)

ด้วยแรงจูงใจเบื้องต้นในการพิจารณาประเภทของพหุนามตรีโกณมิติที่มีความถี่อิสระ จึงได้ มี การนำการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์มาใช้เพื่ออภิปรายเกี่ยวกับการปิดของเซตของฟังก์ชันพื้นฐานเหล่านี้ในบรรทัดฐานต่างๆ

ทฤษฎีนี้ได้รับการพัฒนาโดยใช้บรรทัดฐานอื่นๆ โดยBesicovitch , Stepanov , Weyl , von Neumann , Turing , Bochnerและคนอื่นๆ ในช่วงทศวรรษ 1920 และ 1930

คำจำกัดความ

ฟังก์ชันเกือบเป็นคาบสม่ำเสมอ หรือ โบห์ร หรือ โบชเนอร์

Bohr (1925) [ 1 ]นิยามฟังก์ชันเกือบเป็นคาบสม่ำเสมอว่าเป็นการปิดของพหุนามตรีโกณมิติโดยสัมพันธ์กับบรรทัดฐานสม่ำเสมอ

(สำหรับฟังก์ชันf ที่มีขอบเขต บนR ) กล่าวอีกนัยหนึ่ง ฟังก์ชันfจะเป็นฟังก์ชันเกือบคาบสม่ำเสมอ ถ้าสำหรับทุกε > 0 จะมีการรวมเชิงเส้นจำกัดของคลื่นไซน์และโคไซน์ที่มีระยะห่างน้อยกว่าεจากfเมื่อเทียบกับบรรทัดฐานสม่ำเสมอ ความถี่ของคลื่นไซน์และโคไซน์สามารถเป็นจำนวนจริงใดๆ ก็ได้ บอร์พิสูจน์ว่านิยามนี้เทียบเท่ากับการมีอยู่ของ เซต ของ เกือบคาบεที่ค่อนข้างหนาแน่นสำหรับทุกε  > 0 นั่นคือการเลื่อนT ( ε ) =  Tของตัวแปรt ที่ ทำให้

นิยามทางเลือกอีกประการหนึ่งที่เสนอโดย Bochner (1926) นั้นเทียบเท่ากับนิยามของ Bohr และสามารถอธิบายได้ค่อนข้างง่าย:

ฟังก์ชันf เรียกว่าเกือบจะเป็นคาบ ถ้า ลำดับการเลื่อนของfทุกชุด { ƒ ( t  +  T n )} มีลำดับย่อยที่ลู่เข้าอย่างสม่ำเสมอสำหรับtในช่วง (−∞, +∞)

ฟังก์ชันเกือบเป็นคาบของบอร์นั้นโดยพื้นฐานแล้วเหมือนกับฟังก์ชันต่อเนื่องบนการบีอัดของบอร์ของจำนวนจริง

ฟังก์ชันเกือบเป็นคาบของสเตปานอฟ

พื้นที่S pของฟังก์ชันเกือบคาบสเตปานอฟ (สำหรับp  ≥ 1) ได้รับการแนะนำโดย VV Stepanov (1925) [ 2 ]ประกอบด้วยพื้นที่ของฟังก์ชันเกือบคาบโบร์ เป็นการปิดของพหุนามตรีโกณมิติภายใต้บรรทัดฐาน

สำหรับค่า rบวกคงที่ใดๆสำหรับค่าr ที่แตกต่างกัน บรรทัดฐานเหล่านี้จะให้โทโพโลยีเดียวกัน และดังนั้นจึงให้พื้นที่ของฟังก์ชันเกือบเป็นคาบเดียวกัน (แม้ว่าบรรทัดฐานในพื้นที่นี้จะขึ้นอยู่กับการเลือกค่า  r ก็ตาม )

ฟังก์ชันเกือบเป็นคาบของ Weyl

พื้นที่W pของฟังก์ชันเกือบเป็นคาบของ Weyl (สำหรับp  ≥ 1) ได้รับการแนะนำโดย Weyl (1927) [ 3 ]ประกอบด้วยพื้นที่S pของฟังก์ชันเกือบเป็นคาบของ Stepanov ซึ่งเป็นการปิดของพหุนามตรีโกณมิติภายใต้เซมินอร์ม

คำเตือน: มีฟังก์ชันƒ ที่ไม่ใช่ศูนย์ ซึ่ง || ƒ || W , p  = 0 เช่น ฟังก์ชันที่มีขอบเขตใดๆ ที่มีฐานรองรับแบบกระชับ ดังนั้นเพื่อให้ได้ปริภูมิบานาค จำเป็นต้องหารด้วยฟังก์ชันเหล่านี้

ฟังก์ชันเกือบเป็นคาบของเบซิโควิช

พื้นที่B pของฟังก์ชันเกือบเป็นคาบของ Besicovitch ได้รับการแนะนำโดย Besicovitch (1926) [ 4 ] มันคือการปิดของพหุนามตรีโกณมิติภายใต้เซมินอร์ม

คำเตือน: มีฟังก์ชันƒ ที่ไม่ใช่ศูนย์ ซึ่ง || ƒ || B, p  = 0 เช่น ฟังก์ชันที่มีขอบเขตใดๆ ที่มีฐานรองรับแบบกระชับ ดังนั้นเพื่อให้ได้ปริภูมิบานาค จำเป็นต้องหารด้วยฟังก์ชันเหล่านี้

ฟังก์ชันเกือบเป็นคาบของ Besicovitch ในB 2มีการขยาย (ไม่จำเป็นต้องลู่เข้า) ดังนี้

ด้วย Σ a2 น.มีค่าจำกัดและλ nเป็นจำนวนจริง ในทางกลับกัน อนุกรมดังกล่าวทุกชุดเป็นการขยายของฟังก์ชันคาบเบซิโควิชบางฟังก์ชัน (ซึ่งไม่ซ้ำกัน)

ปริภูมิB pของฟังก์ชันเกือบคาบของเบซิโควิช (สำหรับp  ≥ 1) ประกอบด้วยปริภูมิW pของฟังก์ชันเกือบคาบของไวล์ หากเราแยกส่วนย่อยของฟังก์ชัน "ศูนย์" ออกมา ปริภูมิย่อยนั้นสามารถระบุได้ว่าเป็นปริภูมิของ ฟังก์ชัน L pบนการทำให้เป็นคอมแพ็กต์ของบอร์ของจำนวนจริง

ฟังก์ชันเกือบเป็นคาบในกลุ่มกระชับเฉพาะที่

ด้วยพัฒนาการทางทฤษฎีเหล่านี้และการเกิดขึ้นของวิธีการเชิงนามธรรม ( ทฤษฎีบทปีเตอร์-ไวล์ , ทฤษฎีบทคู่ของพอนทรียาจินและพีชคณิตบานาค ) ทำให้ทฤษฎีทั่วไปเป็นไปได้ แนวคิดทั่วไปของความเป็นคาบเกือบสมบูรณ์ในความสัมพันธ์กับกลุ่มอาเบเลียนG ที่ มีความกะทัดรัดเฉพาะ ที่ กลาย เป็นแนวคิดของฟังก์ชันFในL ( G ) ซึ่งการแปลของฟังก์ชันนี้โดยGก่อให้เกิดเซตที่มีความกะทัดรัดสัมพัทธ์ หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือ ปริภูมิของฟังก์ชันคาบเกือบสมบูรณ์คือการปิดบรรทัดฐานของการรวมเชิงเส้นจำกัดของอักขระของ  Gถ้าGมีความกะทัดรัด ฟังก์ชันคาบเกือบสมบูรณ์จะเหมือนกับฟังก์ชันต่อเนื่อง

กลุ่มคอมแพ็กต์ของบอร์ของGคือกลุ่มอาเบเลียนคอมแพ็กต์ของอักขระที่ไม่ต่อเนื่องทั้งหมดที่เป็นไปได้ของกลุ่มคู่ของGและเป็นกลุ่มคอมแพ็กต์ที่มีGเป็นกลุ่มย่อยหนาแน่น ปริภูมิของฟังก์ชันเกือบคาบสม่ำเสมอบนGสามารถระบุได้ว่าเป็นปริภูมิของฟังก์ชันต่อเนื่องทั้งหมดบนกลุ่มคอมแพ็กต์ของบอร์ของ  Gโดยทั่วไปแล้ว กลุ่มคอมแพ็กต์ของบอร์สามารถกำหนดได้สำหรับกลุ่มโทโพโลยี  G ใดๆ และปริภูมิของฟังก์ชันต่อเนื่องหรือL pบนกลุ่มคอมแพ็กต์ของบอร์สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นฟังก์ชันเกือบคาบบน  Gสำหรับกลุ่มเชื่อมต่อคอมแพ็กต์เฉพาะ ที่ Gแผนที่จากGไปยังกลุ่มคอมแพ็กต์ของบอร์จะเป็นฟังก์ชันหนึ่งต่อหนึ่งก็ต่อเมื่อGเป็นส่วนขยายศูนย์กลางของกลุ่มคอมแพ็กต์ หรือเทียบเท่ากับผลคูณของกลุ่มคอมแพ็กต์และปริภูมิเวกเตอร์มิติจำกัด

ฟังก์ชันบนกลุ่มที่กระชับเฉพาะที่ เรียกว่าฟังก์ชันเกือบเป็นคาบอย่างอ่อนหากวงโคจรของฟังก์ชันนั้น กระชับสัมพัทธ์อย่างอ่อนในกลุ่มนั้น

กำหนดให้ระบบพลวัตเชิงทอพอโลยีประกอบด้วยปริภูมิเชิงทอพอโลยีแบบกระชับXที่มีการกระทำของกลุ่มกระชับเฉพาะที่Gฟังก์ชันต่อเนื่องบนXจะเป็นฟังก์ชันเกือบคาบ (อย่างอ่อน) ถ้าวงโคจรของฟังก์ชันนั้นเป็นฟังก์ชันพรีคอมแพ็กต์ (อย่างอ่อน) ในปริภูมิบานาค

สัญญาณกึ่งคาบในงานสังเคราะห์เสียงและดนตรี

ในการประมวลผลเสียงพูดการประมวลผลสัญญาณเสียงและการสังเคราะห์ดนตรีสัญญาณกึ่งคาบ (quasiperiodic signal) หรือบางครั้งเรียกว่า สัญญาณ กึ่งฮาร์มอนิก (quasiharmonic signal) คือรูปคลื่นที่แทบจะเป็นคาบในระดับจุลภาคแต่ไม่จำเป็นต้องเป็นคาบในระดับมหภาค นี่ไม่ได้ให้ฟังก์ชันกึ่งคาบแต่เป็นสิ่งที่คล้ายกับฟังก์ชันเกือบเป็นคาบ (almost periodic function) มากกว่า กล่าวคือ เป็นฟังก์ชันเกือบเป็นคาบที่แต่ละคาบแทบจะเหมือนกับคาบที่อยู่ติดกัน แต่ไม่จำเป็นต้องคล้ายกับคาบที่อยู่ห่างออกไปมากในเวลา นี่คือกรณีของเสียงดนตรี (หลังจากช่วงเริ่มต้นของเสียง) ที่เสียงย่อยหรือเสียงโอเวอร์โทน ทั้งหมด เป็นฮาร์มอนิก (นั่นคือ เสียงโอเวอร์โทนทั้งหมดมีความถี่ที่เป็นจำนวนเต็มเท่าของความถี่พื้นฐานของเสียงนั้น)

เมื่อสัญญาณเป็นคาบสมบูรณ์ที่มีคาบ n สัญญาณนั้นจะสอดคล้องกับเงื่อนไข n อย่างแม่นยำ

หรือ

การแสดงผลในรูป แบบอนุกรมฟูริเยร์จะเป็นดังนี้

หรือ

ความถี่พื้นฐานและสัมประสิทธิ์ฟูริเยร์อยู่ ที่ไหน

ซึ่ง สามารถเป็นเวลาใดก็ได้: .

ความถี่พื้นฐาน และสัมประสิทธิ์ ฟูริเยร์ , , , หรือเป็นค่าคงที่ กล่าวคือ ไม่ใช่ฟังก์ชันของเวลา ความถี่ฮาร์มอนิกเป็นผลคูณจำนวนเต็มที่แน่นอนของความถี่พื้นฐาน

แล้ว เมื่อไหร่จึงจะเรียกว่าเป็นกึ่งคาบ

หรือ

ที่ไหน

ตอนนี้ การแสดงผลแบบอนุกรมฟูริเยร์จะเป็นดังนี้

หรือ

หรือ

โดย ที่ความถี่พื้นฐาน ที่อาจเปลี่ยนแปลงตามเวลา และ สัมประสิทธิ์ฟูริเยร์ ที่เปลี่ยนแปลงตามเวลา นั้นอยู่ที่ใด

และความถี่ทันทีสำหรับแต่ละส่วนย่อยคือ

ในกรณีแบบกึ่งคาบนี้ ความถี่พื้นฐานความถี่ฮาร์มอนิกและสัมประสิทธิ์ฟูริเยร์, , , หรือไม่จำเป็นต้องคงที่ และเป็นฟังก์ชันของเวลา แม้ว่าจะ เป็นฟังก์ชันของเวลา ที่เปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ ก็ตาม กล่าวอีกนัยหนึ่ง ฟังก์ชันของเวลาเหล่านี้มีแบนด์วิดท์จำกัดที่ต่ำกว่าความถี่พื้นฐานมาก จึงจะถือว่าเป็นแบบกึ่งคาบ

ความถี่ย่อยนั้นเกือบจะเป็นฮาร์มอนิก แต่ไม่จำเป็นต้องเป็นฮาร์มอนิกอย่างแท้จริง อนุพันธ์เทียบกับเวลาของนั่นคือมีผลทำให้ความถี่ย่อยเบี่ยงเบนไปจากค่าฮาร์มอนิกจำนวนเต็มที่แน่นอนการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วหมายความว่าความถี่ทันทีสำหรับความถี่ย่อยนั้นเบี่ยงเบนไปจากค่าฮาร์มอนิกจำนวนเต็มอย่างมาก ซึ่งหมายความว่าไม่ใช่ความถี่กึ่งคาบ

ดูเพิ่มเติม

บรรณานุกรม

ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Almost_periodic_function&oldid=1319829178 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ เกือบจะเป็นฟังก์ชันคาบ

ในทางคณิตศาสตร์ ฟังก์ชัน เกือบเป็น คาบ ( almost periodic function)โดยคร่าว ๆ แล้วคือฟังก์ชันของ ตัวแปร จริงที่เป็นคาบภายในระดับความแม่นยำที่ต้องการ โดยกำหนด "คาบเกือบ"...

แรงจูงใจ

มีนิยามที่ไม่เท่ากันหลายประการสำหรับฟังก์ชันเกือบเป็นคาบ นิยามแรกนั้นได้มาจากฮาราลด์ โบห์ร ความสนใจของเขาในตอนแรกนั้นอยู่ที่ อนุกรมดิริชเลต์ แบบจำกัด อันที่จริงแล้ว การตัดทอนอนุกรมสำหรับ ฟังก์ชันซีตาของรีมันน์ ζ ( s ) เพื่อให้เป็นแบบจำกัด...

ฟังก์ชันเกือบเป็นคาบสม่ำเสมอ หรือ โบห์ร หรือ โบชเนอร์

Bohr (1925) [ 1 ] นิยาม ฟังก์ชันเกือบเป็นคาบสม่ำเสมอ ว่าเป็นการปิดของพหุนามตรีโกณมิติโดยสัมพันธ์กับ บรรทัดฐานสม่ำเสมอ

ฟังก์ชันเกือบเป็นคาบของสเตปานอฟ

พื้นที่ S p ของฟังก์ชันเกือบคาบสเตปานอฟ (สำหรับ p ≥ 1) ได้รับการแนะนำโดย VV Stepanov (1925) [ 2 ] ประกอบด้วยพื้นที่ของฟังก์ชันเกือบคาบโบร์ เป็นการปิดของพหุนามตรีโกณมิติภายใต้บรรทัดฐาน