Spørgsmål:
Bevægelser inden for fysik
Josh
2020-05-30 22:51:38 UTC
view on stackexchange narkive permalink

På et højt niveau siger Wikipedia: "En sammenblanding mellem to funktioner producerer en tredje, der udtrykker, hvordan den ene form ændres af den anden."

Men der er tydeligt mange måder at kombinere funktioner på for at få en tredje.En foldning er en specifik type af en sådan kombination;en der kræver reversing og shifting en af operanderne, og som kombinerer dem med et produkt og en integral for at generere output.Selvom det ikke er meget komplekst algebraisk, er selve operationen noget "indviklet" (ordspil beregnet).

Hvorfor er indviklinger bemærkelsesværdige?Hvilke fysiske fænomener kan forklares matematisk som en sammenfald?

Kommentarer er ikke til udvidet diskussion;denne samtale er blevet [flyttet til chat] (https://chat.stackexchange.com/rooms/108699/discussion-on-question-by-josh-convolutions-in-physics).
+1 til det gode spørgsmål og ordspil
To svar:
knzhou
2020-05-30 23:07:34 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Indledning

Læren her er, at grafisk intuition ikke altid er det bedste valg. For eksempel kan du sige, at intuitionen for derivater er, at de er skråninger, og for integraler er, at de er områder. Men hvorfor ville "skråninger" være så nyttige i fysik? Jeg mener, udover skråplaner, kan du ikke se så mange bogstavelige skråninger i en fysikklasse. Og hvorfor "områder"? Vi lever i 3D-rum, så bør ikke volumener være vigtigere?

Hvis alt lyder dumt, er pointen, at du nogle gange faktisk kan gøre noget mindre fysisk intuitivt ved at forklare det visuelt, for normalt er den visuelle forklaring fuldstændig blottet for den dynamiske kontekst, der være til stede i et reelt fysikproblem.

En af hovedårsagerne til, at derivater og integraler vises så ofte i den indledende fysik, er at de er med hensyn til tid, så derivatet betyder "en forandringshastighed" og integralet betyder "en akkumulering over tid". Dette er en tydelig intuition fra den geometriske. Pointen med den geometriske intuition er at hjælpe dig med at se, hvad derivatet og integralet er givet en graf , men det hjælper ikke rigtig dig med at fortolke, hvad det fysisk gør.

Tilsvarende er der en kompliceret geometrisk intuition for sammenblandingen, som hypotetisk kan hjælpe dig med at øjeæblet, hvordan sammenblandingen af ​​to grafer med funktioner vil se ud. Men i dette tilfælde er den "dynamiske" intuition meget enklere.

Et stykke intuition

Forstyrrelser opstår, når du har en totrinsproces, hvor trinene kombineres lineært og uafhængigt.

Antag, at jeg sparker en oprindelig stille masse på en fjeder på et tidspunkt $ t = 0 $ , og den efterfølgende bane for foråret er $ x (t) $ . Hvis jeg anvender det samme spark på tidspunktet $ t = 1 $ , så er den efterfølgende bane efter tid translationel invarians $ x (t-1) $ . Antag nu, at jeg sparker både til $ t = 0 $ og $ t = 1 $ , med styrker $ f (0) $ og $ f (1) $ . Derefter ved linearitet er den efterfølgende bane $$ f (0) x (t) + f (1) x (t-1). $$ Dette er ligesom en "omvendt og skiftende" struktur i en sammenfald. Så mere generelt, hvis jeg anvender en kontinuerlig kraft $ f (t) $ , så er banen $$ \ int dt '\, f (t') x (t-t ') $$ hvilket netop er en sammenfald. Det er her en stor del af krigene inden for fysik og elektroteknik kommer fra. (En stor del af resten kommer fra det faktum, at Fourier-transformationen af ​​sammenblandingen er et produkt af Fourier-transformationerne, og produkterne er enkle og allestedsnærværende.)

Tak.Hvad skal produktet af $ f (i) $ og $ x (j) $ repræsentere præcist?Jeg antager, at $ x $ er placering, men hvis $ f $ er en kraft, hvad får du så som deres produkt?Måske mente du "kraft" mere billedligt (?).Bare forsøger at forstå den operation fuldt ud, da det ser ud til, at du gav et godt eksempel!
@Josh Ja, jeg var lidt skør med dimensionerne for at holde tingene enkle.Hvis du vil, tænk på $ x (t) $ som virkelig stående for "forskydning pr. Impulsenhed", så har integralet dimensioner af position.
@Josh Der er meget at indvikle;prøv et opslag: "konvolutionsintuition".Her er en god en med [animationer] (https://sites.google.com/site/butwhymath/m/convolution).For at supplere Knzhou's tag - nøglen visualiseres _korrekt_, snarere end slet ikke.Et vigtigt trin er at identificere systemet som en _stat_ (f.eks. Billede) eller en _proces_ (f.eks. Signal), hvor sidstnævnte er sekvens sæt af tidligere - og justere nemlig fremgangsmåder og deres fortolkninger i overensstemmelse hermed.
Semoi
2020-05-31 00:42:12 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Når jeg tænker på en konvolution, forestiller jeg mig et glidende gennemsnit: Antag, at vi har en funktion $ f (x) $ , og vi kan godt lide at beregne det glidende gennemsnit ved hjælp afvægtfunktion $ w (x) $ .Hvad vi beregner er $$ \ bar {f} (x_0) = \ int w (x) f (x_0-x) dx $$
hvilket er en sammenfald.Et fysisk eksempel kan findes f.eks.i optik: Antag, at vi har en struktureret overflade, som er beskrevet af funktionen $ f (x) $ .Vi observerer denne overflade ved hjælp af et mikroskop, der har en endelig opløsning.I stedet for at se funktionen $ f (x) $ , er hvert punkt på overfladen således viklet (= gennemsnit) med vægtfunktionen $ w (x) $ .

Bemærk også den tætte sammenhæng mellem sammenfaldet og krydskorrelationsfunktionen.



Denne spørgsmål og svar blev automatisk oversat fra det engelske sprog.Det originale indhold er tilgængeligt på stackexchange, som vi takker for den cc by-sa 4.0-licens, den distribueres under.
Loading...