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मूलभूत समाधान (ग्रीन का फलन)

1828
  • George Green
जॉर्ज ग्रीन एक ऐतिहासिक कार्यालय के परिवेश में गणितीय भौतिकी के मूलभूत समाधान पर काम कर रहे हैं।

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

एक रैखिक का मौलिक समाधान आंशिक विभेदक ऑपरेटर [latex]L[/latex] समीकरण [latex]Lu = delta(x)[/latex] का हल है, जहाँ [latex]delta(x)[/latex] डिराक डेल्टा फ़ंक्शन है। यह किसी बिंदु स्रोत या आवेग के प्रति सिस्टम की प्रतिक्रिया को दर्शाता है। एक बार ज्ञात हो जाने पर, विषम समीकरण [latex]Lu = f(x)[/latex] का हल कनवोल्यूशन द्वारा पाया जा सकता है: [latex]u(x) = (G * f)(x)[/latex], जहाँ [latex]G[/latex] मूल हल है।

मूलभूत समाधान की अवधारणा, जो अक्सर ग्रीन फ़ंक्शन से निकटता से संबंधित होती है, विषम रैखिक PDE को हल करने का एक शक्तिशाली उपकरण है। डिराक डेल्टा फ़ंक्शन [latex]डेल्टा(x)[/latex] एक सामान्यीकृत फ़ंक्शन है जो अनंत घनत्व और इकाई कुल द्रव्यमान वाले एक आदर्श बिंदु स्रोत का प्रतिनिधित्व करता है, जो [latex]x=0[/latex] पर केंद्रित है। इसलिए मूलभूत समाधान [latex]G(x)[/latex] इस एकल बिंदु स्रोत द्वारा उत्पन्न प्रभाव या क्षेत्र है।

इस विधि की शक्ति सुपरपोज़िशन सिद्धांत से आती है, जो रैखिक समीकरणों पर लागू होता है। किसी भी सामान्य स्रोत पद [latex]f(x)[/latex] को अनंत भारित बिंदु स्रोतों के योग (या समाकलन) के रूप में माना जा सकता है। कुल हल [latex]u(x)[/latex] तब इन प्रत्येक बिंदु स्रोतों की प्रतिक्रियाओं का सुपरपोज़िशन होता है। इस सुपरपोज़िशन को गणितीय रूप से कनवोल्यूशन समाकलन [latex]u(x) = int G(xy)f(y) dy[/latex] द्वारा व्यक्त किया जाता है। यह एक PDE को हल करने की समस्या को मूल हल ज्ञात करने और फिर समाकलन करने की समस्या में बदल देता है।

उदाहरण के लिए, इसके लिए मूलभूत समाधान लाप्लास तीन आयामों में ऑपरेटर ([latex]L = nabla^2[/latex]) [latex]G(vec{r}) = -frac{1}{4pi|vec{r}|}[/latex] है, जो एक बिंदु आवेश या द्रव्यमान से विद्युतस्थैतिक या गुरुत्वाकर्षण विभव का रूप है। इसके लिए मौलिक समाधान ऊष्मा समीकरण यह ‘हीट कर्नेल’ है, जो एक गाउसियन फ़ंक्शन है जो समय के साथ फैलता है। ग्रीन के फ़ंक्शन इससे काफी मिलते-जुलते हैं, लेकिन इन्हें विशिष्ट डोमेन और सीमा शर्तों के अनुरूप बनाया जाता है, और अक्सर इन्हें मूलभूत समाधान से निर्मित किया जाता है।

UNESCO Nomenclature: 1208
गणितीय भौतिकी

Type

सार प्रणाली

व्यवधान

मूलभूत

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

  • रैखिक समीकरणों के लिए अध्यारोपण सिद्धांत
  • लाप्लास और पॉइसन का संभावित सिद्धांत
  • फूरियर विश्लेषण और कनवोल्यूशन प्रमेय
  • डिराक द्वारा डेल्टा फ़ंक्शन का सूत्रीकरण

आवेदन

  • आवेश वितरण से क्षेत्रों की गणना के लिए विद्युतचुंबकत्व
  • प्रसारकों की गणना के लिए क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत
  • किसी बिंदु भार के प्रति संरचना की प्रतिक्रिया निर्धारित करने के लिए संरचनात्मक इंजीनियरिंग का उपयोग किया जाता है।
  • बिंदु स्रोत से ध्वनि का मॉडलिंग करने के लिए ध्वनिकी
  • धुंधलापन दूर करने के लिए छवि प्रसंस्करण (डीकनवोल्यूशन)

पेटेंट:

NA

संभावित नवाचार विचार

  • आभासी स्थानों में यथार्थवादी प्रतिध्वनि प्रभाव बनाने के लिए वास्तविक समय ऑडियो प्रसंस्करण
  • मेडिकल इमेजिंग algorithms that improve resolution by deconvolving the point spread function of the scanner
  • भूभौतिकीय व्युत्क्रमण तकनीकें सतही मापों से खनिज भंडारों या भूकंप के उपरिकेंद्रों का पता लगाने के लिए उपयोग की जाती हैं।
  • कनवोल्यूशनल न्यूरल नेटवर्क (सीएनएन) पर आधारित मशीन लर्निंग आर्किटेक्चर, जो इस सिद्धांत से प्रेरित हैं।
  • कई छोटे विकिरण तत्वों से उत्पन्न क्षेत्रों के अध्यारोपण पर आधारित उन्नत एंटीना डिजाइन
  • प्रदूषण के स्रोत का पता लगाने के लिए पर्यावरणीय मॉडलिंग का उपयोग किया जाता है।
  • एन-बॉडी सिमुलेशन में गुरुत्वाकर्षण या इलेक्ट्रोस्टैटिक अंतःक्रियाओं की तेजी से गणना करने के लिए तीव्र मल्टीपोल विधियाँ
  • प्रोपेगेटर्स का उपयोग करके कण अंतःक्रियाओं का अनुकरण करने के लिए क्वांटम कंप्यूटिंग एल्गोरिदम
संबंधित विषय: मौलिक समाधान, ग्रीन का फलन, डिराक डेल्टा, बिंदु स्रोत, कनवोल्यूशन, रैखिक पीडीई, विभव सिद्धांत, प्रसारक।

ऐतिहासिक संदर्भ

मूलभूत समाधान (ग्रीन का फलन)

1805
1822
1822
1828
1848
1850
1854
1799
1812
1822
1827
1829
1850
1854
1854

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)

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