вторник, 25 июля 2023 г.

Композиционное преобразование периода

Если есть композиционное преобразование полуоператора поворота, то оно эквиввалентно экспоненте от композиционного преобразования угла половинного поворота: $$ Te^{\varphi/2}\bar{T}=e^{T\varphi/2\bar{T}} $$ Сам угол поворота $\varphi$ является аксиальной величиной и к нему всегда можно добавить $2\pi$ в его же направлении целое число раз, в том числе отрицательное: $$ e^{\varphi}=e^{\varphi+2\pi nJ} $$ Здесь через $J$ обозначена условная ориентированная мнимая единица в базисе $i, j, k$: $$ J=\varphi/|\varphi| $$ $$ J^2=-1 $$ $J$ по направлению сонаправлено вектору $\varphi$.

Соответственно, при применении композиционного преобразования к такому кратному сколько угодно раз углу возникает вопрос - будет ли столь же кратно увеличиваться наводимая индукцией быстрота?

В силу того, что $J$ сонаправлен вектору $\varphi$, следует справедливым полагать равенство: $$ e^{\varphi+2\pi nJ}=e^{\varphi}e^{2\pi nJ} $$ $$ Te^{\varphi+2\pi nJ}\bar{T}=Te^{\varphi}\bar{T}Te^{2\pi nJ}\bar{T} $$ И задача сводится к рассмотрению, будет ли возникать наведенная быстрота из единицы. Логично предположить, что поскольку $$ e^{2\pi nJ}=1 $$ то и результат композиционного преобразования должен быть равен 1.

Чтобы доказать, что $$ Te^{2\pi n}\bar{T}=e^{T2\pi nJ\bar{T}} $$ не содержит наведенной быстроты, разложим выражение в ряд: $$ e^x=1+x+\frac{x^2}{2!}+\frac{x^3}{3!}+\frac{x^4}{4!}+\ldots $$ И сначала рассмотрим квадрат: $$ T2\pi nJ\bar{T}T2\pi nJ\bar{T}=-(2\pi n)^2 $$ в силу того, что $$ T\bar{T}=1 $$ $$ J^2=-1 $$ и для скалярной величины $C$ выполняется: $$ TC\bar{T}=CT\bar{T}=C $$ Исходя из величины квадрата аргумента угла можно построить все остальные степени. Третья степень: $$ -(2\pi n)^22\pi nTJ\bar{T} $$ Четвертая степень: $$ (2\pi n)^4 $$ Пятая степень: $$ (2\pi n)^2TJ\bar{T} $$ Получается, что экспоненциальный ряд составляется из членов, не содержащих и содержащих величину $TJ\bar{T}$: $$ \begin{array}{c} e^{T2\pi nJ\bar{T}}=1+2\pi nTJ\bar{T}-\frac{(2\pi n)^2}{2!}- \\ -\frac{(2\pi n)^22\pi nTJ\bar{T}}{3!}+\frac{(2\pi n)^4}{4!}+\ldots \end{array} $$ Элементы, не содержащие величину $TJ\bar{T}$, группируются в ряд: $$ 1-\frac{(2\pi n)^2}{2!}+\frac{(2\pi n)^4}{4!}-\ldots $$ Это ряд, представляющий функцию тригонометрического косинуса: $$ \cos(2\pi n) $$ Для этой функции значение для аргумента $2\pi n$ хорошо известно, эт оединица.

Члены разложения, содержащие величину $TJ\bar{T}$, группируются в ряд: $$ TJ\bar{T}\left(2\pi n-\frac{(2\pi n)^3}{3!}+ \frac{(2\pi n)^5}{5!}+\ldots\right) $$ Здесь в скобках - ряд, представляющий тригонометрическую функцию синуса $$ \sin(2\pi n) $$ Для этой функции и этого аргумента значение также хорошо известно, это ноль. Таким образом, совершенно неважно, чему равно значение $TJ\bar{T}$, поскольку оно умножается на ноль и в итоге весь оператор равен единице.

Кинематическая индукция, оглавление

Комментариев нет:

Отправить комментарий