フーリエ変換は群を成すか?
xでのフーリエ変換をFx、逆フーリエ変換をF~x とすると、
群の定義
1.要素A、Bがあるとき、ABも要素である
(関数2=Fx 関数1 と考えれば、関数3=FxFx 関数1=Fx 関数2 )
2.結合葎が成り立つ
3.特別な要素Eが存在して、任意の要素Aについて AE=EA=A が成り立つ
(単位元Eは1=F~xFx=F? となるF?とします)
4.任意の要素Aについて BA=AB=E となる Bが存在する
(フーリエ変換の逆元は逆フーリエ変換)
ですから、
{フーリエ変換、逆フーリエ変換、単位元F?}が、群
となるか考えてみました。
ただし、フーリエ変換の対象関数をf(x)、f2(y)とすると
f2(y)=Fx f(x)
f(x)=F~y f2(y)
f(x)=F~F f(x)=F? f(x)
=∫dx' f?(x,x') f(x')
という形になるものだけで考えます。
それで、
f(x)=F? f(x)=∫dx' f?(x,x') f(x') から
f?(x,x')=δ(x-x')
であり、そして、
FF f(x)=∫dx exp(-iyx){∫dx' f(x')exp(-iyx')}
=∫dx{∫dx' f(x')exp(-iy(x'-x)}
=∫dx' f(x')δ(x'+x)
=f(-x)
ですが、これは、
f(-x)=F?2 f(x)=∫dx' f2?(x,x') f(x')
と置き換えると、
f2?(x,x')=δ(x+x') です。
x’をyと置くと、結局、
{F(x to y)、F~(y to x)、∫dyδ(x+y)、∫dyδ(x-y) }という
巡回群を成します。
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