Pytanie:
Jaka jest różnica między niejawną, jawną i całkowitą zależnością od czasu, np. $ \ frac {\ części \ rho} {\ częściowe} $ i $ \ frac {d \ rho} {dt} $?
CuriousAutomotiveEngineer
2011-04-26 03:31:34 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jaka jest różnica między niejawną, jawną i całkowitą zależnością od czasu, np. $ \ frac {\ part \ rho} {\ part t} $ i $ \ frac {d \ rho} {dt } $ ?

Wiem, że jedna jest pochodną częściową, a druga pochodną całkowitą. Ale fizycznie nie potrafię ich rozróżnić. Mam wskazówkę, że moja wątpliwość może naprawdę polegać na zrozumieniu różnicy między ukrytą, jawną i całkowitą zależnością od czasu.

byłoby pomocne, gdybyś miał przykład formuły lub podobnego wyrażenia zawierającego wyrażenie, które uważasz za mylące.
@Bjorn Wesen przykład: $$ \ frac {d \ langle A \ rangle} {dt} = \ frac {1} {i \ hbar} \ langle [A, H] \ rangle + \ langle \ frac {\ Partial A} { \ częściowe t} \ rangle $$ (ewolucja w czasie wartości oczekiwanej operatora). Jest ich więcej, głównie w formalizmie lagranżowskim i hamiltonowskim, których teraz nie pamiętam.
„Zależność” nie ma w sobie a. Następnie kolejność dwóch list, które masz, powinna odpowiadać sobie, a nie być odwrotna, tj. Wymieniać pochodną cząstkową. Najpierw $ \ częściowe A \ nad \ częściowe t $, potem pochodna całkowita. $ dA \ ponad dt $. Pierwsza to jawna zależność, druga to niejawna zależność. Ale kiedy wymieniłeś przymiotniki, miałeś je w odwrotnej kolejności, najpierw utajoną, potem wyraźną. Jeśli masz dwie listy w piśmie naukowym, które mają być połączone słowem „odpowiednio”, listy muszą mieć dokładnie taką samą liczbę pozycji i być w tej samej kolejności.
Trzy odpowiedzi:
Kostya
2011-04-26 15:13:00 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Zwykle wyjaśniam to w ten sposób: $$ \ rho = \ rho (t, x (t), p (t)) $$$$ \ frac {\ części \ rho} {\ częściowe t} = \ lim_ {\ Delta t \ to 0} \ frac {\ rho (t + \ Delta t, x (t), p (t)) - \ rho (t, x (t), p (t))} {\ Delta t } $$$$ \ frac {d \ rho} {dt} = \ lim _ {\ Delta t \ to 0} \ frac {\ rho (t + \ Delta t, x (t + \ Delta t), p (t + \ Delta t)) - \ rho (t, x (t), p (t))} {\ Delta t} $$

Punktowe lądowanie, bardzo fajne!
@Kostya Przepraszamy za komentarz w wątku daleko od teraz!Ale naprawdę się zastanawiam, co to jest $ \ frac {{d \ rho}} {{dx}} $ w twoim przykładzie
@FaDA To osobne pytanie.Zadaj nowe pytanie, a najprawdopodobniej uzyskasz dobrą odpowiedź.
Mark Eichenlaub
2011-04-26 05:28:59 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Zasadniczo pytasz o pochodną materiału, gdy omawiasz pochodną całkowitą w odniesieniu do czasu.

Powiedzmy, że patrzysz na prędkość powietrza w swoim pokoju. Wszędzie występuje inna prędkość i zmienia się ona w czasie, więc

$$ v = v (x, y, z, t) $$

Gdy weźmiesz pochodną, ​​taką jak

$$ \ frac {\ Partial v} {\ Part t} $$

Mówisz: „Będę dalej próbkować prędkość wiatru dokładnie w tym samym punkcie mojego pokoju, i sprawdź, jak szybko ta prędkość się zmienia. ”

Jeśli z drugiej strony bierzesz

$$ \ frac {\ textrm {d} v} {\ textrm {d} t} $$

Teraz mówisz: „podążaj za jednym określonym kawałkiem powietrza i zobacz, jak szybko zmienia się jego prędkość (tj. znajdź jego przyspieszenie)”.

(uwaga : Marek dobrze wyjaśnił różnicę między tymi dwoma zastosowaniami $ t $ w komentarzach do tej odpowiedzi).

Są one powiązane regułą łańcucha

$$ \ frac {\ textrm {d} v} {\ textrm {d} t} = \ frac {\ częściowy v} {\ częściowy t} + \ frac {\ częściowy v} {\ częściowy x} \ frac {\ textrm {d } x} {\ textrm {d} t} + \ frac {\ częściowy v} {\ częściowy y} \ frac {\ textrm {d} y} {\ textrm {d} t} + \ frac {\ częściowy v} {\ parts z} \ frac {\ textrm {d} z} {\ textrm {d} t} $$

To mówi t Jeśli spojrzeć na jedną konkretną małą cząstkę powietrza, jej prędkość zmienia się częściowo, ponieważ zmienia się całe pole prędkości. Ale nawet gdyby całe pole prędkości się nie zmieniało, prędkość cząstki nadal by się zmieniała, ponieważ przemieszcza się w nowe miejsce, a prędkość jest inna również w tym miejscu.

Jako inny przykład, powiedzmy tam to mrówka pełzająca po wzgórzu. Ma wysokość będącą funkcją dwuwymiarowej pozycji

$$ h = h (x, y) $$

Jeśli spojrzymy na $ \ częściowe h / \ częściowe x $, patrzymy na nachylenie w kierunku x. Znajdziesz to, przesuwając się trochę w kierunku x, zachowując y taką samą, znajdując zmianę w z i dzieląc przez to, jak daleko się przesunąłeś.

Z drugiej strony, ponieważ śledzimy mrówkę, możemy chcieć wiedzieć, jak bardzo zmienia się jej wysokość, gdy porusza się trochę w kierunku x. Ale mrówka porusza się po swojej własnej zagmatwanej ścieżce, a kiedy porusza się w kierunku x, zmienia również swoją współrzędną y.

Całkowita zmiana wysokości mrówki to zmiana w jego wysokość wynikająca z ruchu w kierunku x plus zmiana wynikająca z ruchu w kierunku y. Odległość, na jaką mrówka porusza się po kolei w kierunku y, zależy od ruchu w kierunku x. Mamy więc teraz

$$ \ frac {\ textrm {d} h} {\ textrm {d} x} = \ frac {\ częściowe h} {\ częściowe x} + \ frac {\ częściowe h} {\ częściowe y} \ frac {\ textrm {d} y} {\ textrm {d} x} $$

Po prawej stronie tego równania, pierwszy wyraz odpowiada zmianie w wysokości ze względu na ruch w kierunku x. Drugi termin to zmiana wysokości spowodowana ruchem w kierunku y. Pierwsza część, $ \ części h / \ częściowa y $, to zmiana wysokości spowodowana zmianą y, podczas gdy druga część, $ \ textrm {d} y / \ textrm {d} x $, opisuje, ile y w rzeczywistości zmienia się wraz ze zmianą x i zależy od szczegółów ruchu mrówki.

Edytuj Teraz widzę, że jesteś szczególnie zainteresowany równaniem mechaniki kwantowej.

$$ \ frac {\ textrm {d}} {\ textrm {d} t} \ langle A \ rangle = - \ frac {\ imath} {\ hbar} \ langle [A, H] \ rangle + \ langle \ częściowe A / \ częściowe t \ rangle $$

Tutaj $ \ langle \ częściowe A / \ częściowe t \ rangle $ jest wartością oczekiwaną częściowej pochodnej operatora $ A $ względem do czasu. Na przykład, jeśli $ A $ jest hamiltonianem dla cząstki w polu elektrycznym zależnym od czasu, ten operator wyraźnie zawierałby czas. Zaczynamy od formalnego zróżnicowania samego operatora, a następnie przyjmujemy wartość oczekiwaną.

Z drugiej strony $ \ langle A \ rangle $ jest po prostu funkcją czasu o wartościach rzeczywistych (jeśli $ A $ jest hermitowskie) , więc $ \ textrm {d} \ langle A \ rangle / \ textrm {d} t $ jest zwykłą pochodną funkcji rzeczywistej pojedynczej zmiennej.

Dobra odpowiedź, ale chciałbym zauważyć, że symbol $ t $ ma również inne znaczenie w zależności od tego, gdzie się go używa. W przypadku pochodnej cząstkowej jest to tylko jedna współrzędna czasoprzestrzeni. Z drugiej strony, w przypadku pochodnej całkowitej jest to ** parametr ** krzywej, która po prostu * okazuje się * być czasem, ale z pewnością można też sparametryzować przez inne zmienne, takie jak odpowiednia długość wzdłuż krzywej. Myślę, że większość zamieszania wśród uczniów wynika z połączenia tych dwóch znaczeń.
@Marek To dobra uwaga, dzięki. W odpowiedzi zostawię notatkę.
Lagerbaer
2011-04-26 05:31:36 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Może intuicyjna odpowiedź jest najlepsza w odniesieniu do klasycznej fizyki. Przypuśćmy, że patrzysz na ruch klasycznej cząstki. Istotne zmienne to pozycja i pęd. Jeśli rozwiążesz ruch swojego systemu, zobaczysz funkcje $ x (t) $ i $ p (t) $.

Obecnie istnieje wiele wielkości pochodnych, które można zbudować na podstawie tych trajektorii. Na przykład moment pędu $ \ vec {L} = \ vec {x} \ times \ vec {p} $. Ponieważ $ x $ i $ p $ zależą od czasu, $ L $ również zależy od czasu, ale w tym przypadku tylko dlatego, że $ x $ i $ p $ zależą od czasu. Masz w zasadzie funkcję $ L = L (x, p) $, która następnie staje się $ L (x (t), p (t)) $. Dzieje się tak, ponieważ w definicji $ L $ czas nie odgrywa żadnej roli. Dlatego mówimy, że wielkość ta ma jedynie niejawną zależność czasową. W szczególności $ \ frac {\ Partial L} {\ Part t} = 0 $.

Jeśli jednak twoja pochodna wielkość $ f $ jest zdefiniowana z jakiegoś powodu, tak że czas występuje jawnie w definicja, a następnie $ \ frac {\ częściowy f} {\ częściowy t} \ not = 0 $. Na przykład, możesz chcieć dodać zależny od czasu czynnik fazowy do swojej ilości, np. $ F = \ vec {x} \ cdot \ vec {p} \ cdot e ^ {i \ omega t} $. Wtedy mamy $ f = f (x, p, t) = f (x (t), p (t), t) $, a teraz $ \ frac {\ part f} {\ part t} $ nie jest zerem.



To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...