克罗内克δ函数

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在数学中,克罗内克函数(又称克罗内克δ函数、克罗内克δ)δijdisplaystyle delta _ij,!delta _ij,! 是一个二元函数,得名于德国数学家利奥波德·克罗内克。克罗内克函数的自变量(输入值)一般是两个整数,如果两者相等,则其输出值为1,否则为0。



δij={1(i=j)0(i≠j){displaystyle delta _ij=leftbeginmatrix1&(i=j)\0&(ineq j)endmatrixright.,!delta _ij=left{beginmatrix1&(i=j)\0&(ineq j)endmatrixright.,!

克罗内克函数的值一般简写为 δijdisplaystyle delta _ij,!delta _ij,!


克罗内克函数和狄拉克δ函数都使用δ作为符号,但是克罗内克δ用的时候带两个下标,而狄拉克δ函数则只有一个变量。




目录





  • 1 其它记法


  • 2 数字信号处理


  • 3 性质

    • 3.1 线性代数中的应用



  • 4 廣義克羅內克函數


  • 5 积分表示


  • 6 参见


  • 7 參考文獻




其它记法


另一种标记方法是使用艾佛森括号(得名于肯尼斯·艾佛森):



δij=[i=j]displaystyle delta _ij=[i=j],!delta _ij=[i=j],!

同时,当一个变量为0时,常常会被略去,记号变为 δidisplaystyle delta _i,!delta _i,!



δi={1,if i=00,if i≠0{displaystyle delta _i=leftbeginmatrix1,&mboxif i=0\0,&mboxif ineq 0endmatrixright.,!delta _i=left{beginmatrix1,&mboxif i=0\0,&mboxif ineq 0endmatrixright.,!

在线性代数中,克罗内克函数可以被看做一个张量,写作 δjidisplaystyle delta _j^i,!delta _j^i,!



数字信号处理




冲激函数


类似的,在数字信号处理中,与克罗内克函数等价的概念是变量为 Zdisplaystyle mathbb Z ,!mathbb Z,! (整数)的函数:


δ[n]={1,n=00,n≠0displaystyle delta [n]=begincases1,&n=0\0,&nneq 0endcases,!delta [n]=begincases1,&n=0\0,&nneq 0endcases,!


这个函数代表着一个冲激单位冲激。当一个数字处理单元的输入为单位冲激时,输出的函数被称为此单元的冲激响应。



性质


克罗内克函数有筛选性:对任意 j∈Zdisplaystyle jin mathbb Z ,!jin mathbb Z,!



∑i=−∞∞δijai=ajdisplaystyle sum _i=-infty ^infty delta _ija_i=a_j,!sum _i=-infty ^infty delta _ija_i=a_j,!

如果将整数看做一个装备了计数测度的测度空间,那么这个性质和狄拉克δ函数的定义是一样的:



∫−∞∞δ(x−y)f(x)dx=f(y)displaystyle int _-infty ^infty delta (x-y)f(x)dx=f(y),!int _-infty ^infty delta (x-y)f(x)dx=f(y),!

实际上,狄拉克δ函数是根据克罗内克函数而得名的。在信号处理中,两者是同一个概念在不同的上下文中的表现。一般设定 δ(t)displaystyle delta (t),,!delta (t),,! 为连续的情况(狄拉克函数) ,而使用i, j, k, l, m, and n 等变量一般是在 离散的情况下(克罗内克函数)。



线性代数中的应用


在线性代数中,单位矩阵可以写作 (δij)i,j=1ndisplaystyle (delta _ij)_i,j=1^n,!(delta _ij)_i,j=1^n,!


在看做是张量时(克罗内克张量),可以写作 δjidisplaystyle delta _j^i,!delta _j^i,!


这个(1,1)向量表示:


  • 作为线性映射的单位矩阵。


  • 迹数。


  • 内积 V∗⊗V→Kdisplaystyle V^*otimes Vto K,!V^*otimes Vto K,!

  • 映射 K→V∗⊗Vdisplaystyle Kto V^*otimes V,!Kto V^*otimes V,! ,将数量乘积表示为外积的形式。


廣義克羅內克函數


定義廣義克羅內克函數n×ndisplaystyle ntimes n,!ntimes n,! 矩陣的行列式,以方程式表達為[1]



δi1i2…inj1j2…jn=[δi1j1δi2j1⋯δinj1δi1j2δi2j2⋯δinj2⋮⋱⋮δi1jnδi2jn⋯δinjn]displaystyle delta _i_1i_2dots i_n^j_1j_2dots j_n=beginbmatrixdelta _i_1^j_1delta _i_2^j_1&cdots &delta _i_n^j_1\delta _i_1^j_2delta _i_2^j_2&cdots &delta _i_n^j_2\vdots &ddots &vdots \delta _i_1^j_ndelta _i_2^j_n&cdots &delta _i_n^j_n\endbmatrix,!delta _i_1i_2dots i_n^j_1j_2dots j_n=beginbmatrixdelta _i_1^j_1delta _i_2^j_1&cdots &delta _i_n^j_1\delta _i_1^j_2delta _i_2^j_2&cdots &delta _i_n^j_2\vdots &ddots &vdots \delta _i_1^j_ndelta _i_2^j_n&cdots &delta _i_n^j_n\endbmatrix,!

其中,δjidisplaystyle delta _j^i,!delta _j^i,! 是個張量函數,定義為 δji =def δijdisplaystyle delta _j^i stackrel def= delta _ij,!delta _j^i stackrel def= delta _ij,!


以下列出涉及廣義克羅內克函數的一些恆等式:



  • δimnijk=δmnjk=δmjδnk−δnjδmkdisplaystyle delta _imn^ijk=delta _mn^jk=delta _m^jdelta _n^k-delta _n^jdelta _m^k,!delta _imn^ijk=delta _mn^jk=delta _m^jdelta _n^k-delta _n^jdelta _m^k,!


  • δijmijk=2δmkdisplaystyle delta _ijm^ijk=2delta _m^k,!delta _ijm^ijk=2delta _m^k,!


  • δijkijk=6displaystyle delta _ijk^ijk=6,!delta _ijk^ijk=6,!


  • δlmnijk=ϵijkϵlmndisplaystyle delta _lmn^ijk=epsilon ^ijkepsilon _lmn,!delta _lmn^ijk=epsilon ^ijkepsilon _lmn,!

其中,ϵijkdisplaystyle epsilon ^ijk,!epsilon ^ijk,!ϵlmndisplaystyle epsilon _lmn,!epsilon _lmn,! 是列維-奇維塔符號。

  • δi1i2…inj1j2…jn=ϵj1j2…jnϵi1i2…indisplaystyle delta _i_1i_2dots i_n^j_1j_2dots j_n=epsilon ^j_1j_2dots j_nepsilon _i_1i_2dots i_n,!delta _i_1i_2dots i_n^j_1j_2dots j_n=epsilon ^j_1j_2dots j_nepsilon _i_1i_2dots i_n,!


  • δi1i2…in12…n=ϵi1i2…indisplaystyle delta _i_1i_2dots i_n^12dots n=epsilon _i_1i_2dots i_n,!delta _i_1i_2dots i_n^12dots n=epsilon _i_1i_2dots i_n,!


  • δi1i2…inj1j2…jnTj1j2…jn=n! Ti1i2…indisplaystyle delta _i_1i_2dots i_n^j_1j_2dots j_nT_j_1j_2dots j_n=n! T_i_1i_2dots i_n,!delta _i_1i_2dots i_n^j_1j_2dots j_nT_j_1j_2dots j_n=n! T_i_1i_2dots i_n,!

其中,Tj1j2…jndisplaystyle T_j_1j_2dots j_n,!T_j_1j_2dots j_n,!ndisplaystyle n,!n,! 階張量。



积分表示


对任意的整数 ndisplaystyle n,!n,! ,运用标准的留数计算,可以将克罗内克函数表示成积分的形式:



δx,n=12πi∮⁡zx−n−1dzdisplaystyle delta _x,n=frac 12pi ioint z^x-n-1dz,!delta _x,n=frac 12pi ioint z^x-n-1dz,!

其中积分的路径是围绕零点逆时针进行。


这个表示方式与下面的另一形式等价:



δx,n=12π∫02πei(x−n)φdφdisplaystyle delta _x,n=frac 12pi int _0^2pi e^i(x-n)varphi dvarphi ,!delta _x,n=frac 12pi int _0^2pi e^i(x-n)varphi dvarphi ,!


参见


  • 列維-奇維塔符號

  • 狄拉克测度英语Dirac measure

  • 同或门


參考文獻



  1. ^ Heinbockel, J. H., Introduction to Tensor Calculus and Continum Mechanics, Victoria, B.C. Canada: Trafford Publishing: pp. 14, 31, 2001, ISBN 1-55369-133-4  引文格式1维护:冗余文本 (link)

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