دالة موجبة محددة

في الرياضيات ، الدالة الموجبة المحددة هي، اعتمادًا على السياق، أحد نوعين من الدوال .

التعريف 1

يتركR{\displaystyle \mathbb {R} }لتكن مجموعة الأعداد الحقيقية وج{\displaystyle \mathbb {C} }لتكن مجموعة الأعداد المركبة .

وظيفةو:Rج{\displaystyle f:\mathbb {R} \to \mathbb {C} } يُطلق عليها اسم موجبة شبه محددة إذا كانت المصفوفة من الرتبة n × n لكل الأعداد الحقيقية x 1 , …, x n

أ=(أأناج)أنا،ج=1ن ،أأناج=و(xأنا-xج){\displaystyle A=\left(a_{ij}\right)_{i,j=1}^{n}~,\quad a_{ij}=f(x_{i}-x_{j})}

هي مصفوفة شبه موجبة محددة .

بحسب التعريف، فإن المصفوفة شبه الموجبة المحددة، مثلأ{\displaystyle A}، هيرميتية ؛ لذلك فإن f (− x ) هو المرافق المركب لـ f ( x )).

وعلى وجه الخصوص، من الضروري (ولكن ليس كافياً) أن

و(0)0 ،|و(x)|و(0){\displaystyle f(0)\geq 0~,\quad |f(x)|\leq f(0)}

(تنتج هذه المتباينات من الشرط الخاص بـ n = 1، 2.)

تكون الدالة شبه سالبة إذا عُكست المتباينة. وتكون الدالة محددة إذا استُبدلت المتباينة الضعيفة بمتباينة قوية (<، > 0).

أمثلة

لو(X،،){\displaystyle (X,\langle \cdot ,\cdot \rangle )}إذا كان ذلك يمثل مساحة حقيقية للمنتج الداخلي ،زy:Xج{\displaystyle g_{y}\colon X\to \mathbb {C} }،xخبرة(أناy،x){\displaystyle x\mapsto \exp(i\langle y,x\rangle )}موجب مؤكد لكلyX{\displaystyle y\in X}للجميعuجن{\displaystyle u\in \mathbb {C} ^{n}}وكل شيءx1،...،xن{\displaystyle x_{1},\ldots ,x_{n}}لدينا

u*أ(زy)u=ج،ك=1نuك¯uجهـأناy،xك-xج=ك=1نuك¯هـأناy،xكج=1نuجهـ-أناy،xج=|ج=1نuج¯هـأناy،xج|20.{\displaystyle u^{*}A^{(g_{y})}u=\sum _{j,k=1}^{n}{\overline {u_{k}}}u_{j}e^{i\langle y,x_{k}-x_{j}\rangle }=\sum _{k=1}^{n}{\overline {u_{k}}}e^{i\langle y,x_ {k}\rangle}\sum _{j=1}^{n}u_{j}e^{-i\langle y,x_{j}\rangle }=\left|\sum _{j=1}^{n}{\overline {u_{j}}}e^{i\langle y,x_{j}\rangle }\right|^{2}\geq 0.}

بما أن التركيبات الخطية غير السالبة للدوال الموجبة المحددة هي أيضًا موجبة محددة، فإن دالة جيب التمام موجبة محددة كتركيبة خطية غير سالبة للدوال المذكورة أعلاه:

كوس(x)=12(هـأناx+هـ-أناx)=12(ز1+ز-1).{\displaystyle \cos(x)={\frac {1}{2}}(e^{ix}+e^{-ix})={\frac {1}{2}}(g_{1}+g_{-1}).}

يمكن إنشاء دالة موجبة محددةو:Xج{\displaystyle f\colon X\to \mathbb {C} }بسهولة من دالة موجبة محددةو:Rج{\displaystyle f\colon \mathbb {R} \to \mathbb {C} }لأي فضاء متجهيX{\displaystyle X}اختر دالة خطيةϕ:XR{\displaystyle \phi \colon X\to \mathbb {R} }وحددو*:=وϕ{\displaystyle f^{*}:=f\circ \phi }. ثم

u*أ(و*)u=ج،ك=1نuك¯uجو*(xك-xج)=ج،ك=1نuك¯uجو(ϕ(xك)-ϕ(xج))=u*أ~(و)u0،{\displaystyle u^{*}A^{(f^{*})}u=\sum _{j,k=1}^{n}{\overline {u_{k}}}u_{j}f^{*}(x_{k}-x_{j})=\sum _{j,k=1}^{n}{\overline {u_{k}}}u_{j}f(\phi) (x_ {k})-\phi (x_{j}))=u^{*}{\tilde {A}}^{(f)}u\geq 0,}

أينأ~(و)=(و(ϕ(xأنا)-ϕ(xج))=و(x~أنا-x~ج))أنا،ج{\displaystyle {\tilde {A}}^{(f)}={\big (}f(\phi (x_{i})-\phi (x_{j}))=f({\tilde {x}}_{i}-{\tilde {x}}_{j}){\big )}_{i,j}}أينx~ك:=ϕ(xك){\displaystyle {\tilde {x}}_{k}:=\phi (x_{k})}متميزة مثلϕ{\displaystyle \phi }خطي . [ 1 ]

نظرية بوخنر

تنشأ خاصية التحديد الإيجابي بشكل طبيعي في نظرية تحويل فورييه ؛ ويمكن ملاحظة ذلك مباشرة أنه لكي تكون الدالة f محددة إيجابياً، يكفي أن تكون تحويل فورييه لدالة g على الخط الحقيقي مع g ( y ) ≥ 0.

والنتيجة العكسية هي نظرية بوخنر ، التي تنص على أن أي دالة موجبة محددة مستمرة على خط الأعداد الحقيقية هي تحويل فورييه لمقياس (موجب ) . [ 2 ]

التطبيقات

في الإحصاء ، وخاصة الإحصاء البايزي ، تُطبق النظرية عادةً على الدوال الحقيقية. عادةً، يتم أخذ n قياسًا قياسيًا لقيمة قياسية معينة عند نقاط فيRد{\displaystyle R^{d}}تُؤخذ القياسات، ويُشترط أن تكون القياسات ذات ارتباط عالٍ بين النقاط المتقاربة. عمليًا، يجب الحرص على أن تكون مصفوفة التغاير الناتجة ( مصفوفة من الرتبة n × n ) موجبة التحديد دائمًا. تتمثل إحدى الاستراتيجيات في تعريف مصفوفة ارتباط A ، ثم ضربها في عدد قياسي للحصول على مصفوفة تغاير : يجب أن تكون هذه المصفوفة موجبة التحديد. تنص نظرية بوخنر على أنه إذا كان الارتباط بين نقطتين يعتمد فقط على المسافة بينهما (عبر الدالة f )، فيجب أن تكون الدالة f موجبة التحديد لضمان أن تكون مصفوفة التغاير A موجبة التحديد. انظر: كريغينغ .

في هذا السياق، لا يتم استخدام مصطلحات فورييه عادةً، وبدلاً من ذلك يُذكر أن f ( x ) هي الدالة المميزة لدالة كثافة الاحتمال المتناظرة (PDF) .

تعميم

يمكن تعريف الدوال الموجبة المحددة على أي زمرة طوبولوجية أبيلية متراصة محليًا ؛ وتمتد نظرية بوخنر إلى هذا السياق. وتظهر الدوال الموجبة المحددة على الزمر بشكل طبيعي في نظرية تمثيل الزمر على فضاءات هيلبرت (أي نظرية التمثيلات الوحدوية ).

التعريف 2

أو بدلاً من ذلك، دالةو:RنR{\displaystyle f:\mathbb {R} ^{n}\to \mathbb {R} }يُطلق عليها اسم موجبة-محددة على جوار D للأصل إذاو(0)=0{\displaystyle f(0)=0}وو(x)>0{\displaystyle f(x)>0}لكل قيمة غير صفريةxد{\displaystyle x\in D}[ 3 ] [ 4 ]

لاحظ أن هذا التعريف يتعارض مع التعريف 1 المذكور أعلاه.

في الفيزياء، الشرط الذيو(0)=0{\displaystyle f(0)=0}يتم حذفها أحيانًا (انظر، على سبيل المثال، كورني وأولسن [ 5 ] ).

انظر أيضاً

مراجع

  • كريستيان بيرج، كريستنسن، بول ريسل. التحليل التوافقي على أنصاف المجموعات ، GTM، سبرينغر فيرلاغ.
  • ز. ساسفاري، الدوال الموجبة المحددة والقابلة للتحديد ، أكاديمي فيرلاغ، 1994
  • ويلز، JH. ويليامز، إل آر التضمينات والإضافات في التحليل . Ergebnisse der Mathematik und ihrer Grenzgebiete، Band 84. Springer-Verlag، New York-Heidelberg، 1975. vii+108 pp.

ملحوظات

  1. تشيني، إليوت وارد (2009). دورة في نظرية التقريب . الجمعية الرياضية الأمريكية. ص 77-78 . ISBN  978-0-8218-4798-5تم الاطلاع عليه بتاريخ 3 فبراير 2022 .
  2. بوخنر، سالومون (1959). محاضرات في تكاملات فورييه . مطبعة جامعة برينستون.
  3. فيرهولست، فرديناند (1996). المعادلات التفاضلية غير الخطية والأنظمة الديناميكية ( الطبعة الثانية). سبرينغر. ISBN  3-540-60934-2.
  4. هان، فولفغانغ (1967). استقرار الحركة . سبرينغر.
  5. كورني، جيه إف؛ أولسن، إم كيه (19 فبراير 2015). "الحالات النقية غير الغاوسية ودوال ويغنر الموجبة". مجلة Physical Review A. 91 ( 2) 023824. arXiv : 1412.4868 . Bibcode : 2015PhRvA..91b3824C . doi : 10.1103/PhysRevA.91.023824 . ISSN 1050-2947 . S2CID 119293595 .