距离上次更新已经 2066 天了,文章内容可能已经过时。

课程主页:https://see.stanford.edu/Course/EE261

这次回顾第二十九讲,这一讲介绍了高维III函数。

回顾III函数:

IIIp(t)=k=δ(tkp)

这里对上述内容进行推广。

二维III

二维III函数为

III(x1,x2)=k1,k2=δ(x1k1,x2k2)

定义

e1=(1,0)e2=(0,1)k=k1e1+k2e2

那么III函数可以简写为

IIIZ2(x)=k1,k2=δ(xk1e1k2e2)=kZ2δ(xk)
利用III周期化

考虑

Φ(x)=(φIIIZ2)(x)=kZ2φ(xk)

任取nZ2,那么

Φ(x+n)=kZ2φ(x+nk)=kZ2φ(xk)=Φ(x)
III的傅里叶变换

和一维情形类似,我们有

FIIIZ2=IIIZ2

证明方法是利用

kZ2Fψ(k)=kZ2ψ(k)

证明:考虑如下函数

Φ(x)=(φΠIIZ2)(x)=nZ2φ(xn)

由其周期性,考虑其傅里叶系数展开

Φ(x)=kZ2Φ^(k)e2πikx

其中系数为

Φ^(k1,k2)=0101e2πi(k1x1+k2x2)Φ(x1,x2)dx1dx2=0101e2πi(k1x1+k2x2)n1,n2=φ(x1n1,x2n2)dx1dx2=n1,n2=0101e2πi(k1x1+k2x2)φ(x1n1,x2n2)dx1dx2=n1,n2=n11n1n21n2e2πi(k1(u+n1)+k2(v+n2))φ(u,v)dudv=n1,n2=n11n1n21n2e2πi(k1n1+k2n2)e2πi(k1u+k2v)φ(u,v)dudv=n1,n2=n11n1n21n2e2πi(k1u+k2v)φ(u,v)dudv=e2πi(k1u+k2v)φ(u,v)dudv=Fφ(k1,k2)

Φ(x)=kZ2Fφ(k)e2πikx

x=0,我们有

kZ2Fφ(k)=kZ2φ(k)

最后利用分布理论证明上述结论,

FIIIZ2,ψ=IIIZ2,Fψ=kZ2Fψ(k)=kZ2ψ(k)=IIIZ2,ψ

格子点上的III

之前讨论的是在整格子点上III函数,现在讨论一般情形,首先定义

L=A(Z2)

其中L的基底为u1=Ae1,u2=Ae2A2阶可逆矩阵。

考虑

IIIL(x)=pLδ(xp)=kZ2δ(xAk)

由之前的结论,我们有

δ(xAk)=δ(A(A1xk))=1|detA|δ(A1xk)

因此

ΠL(x)=1|detA|IIIZ2(A1x)
傅里叶变换

利用

FIIIZ2=IIIZ2

推导一般情形的傅里叶变换。

FIIIL(ξ)=1|detA|F(IIIZ2(A1x))=1|detA|1|detA1|FIIIZ2(Aξ)=FIIIZ2(Aξ)=IIIZ2(Aξ)

采样

如上图所示,假设Ff(ξ)2维单位方格以外为0,类似一维情形,我们有

Ff(ξ)=III(ξ1)III(ξ2)(FfIIIZ2)(ξ)

取逆变换可得

f(x)=f(x1,x2)=(sincx1sincx2)(f(x)IIIZ2(x))=(sincx1sincx2)(f(x)k1,k2=δ(xk1e1k2e2))=(sincx1sincx2)k1,k2=f(k1,k2)δ(x1k1,x2k2)=k1,k2=f(k1,k2)sinc(x1k1)sinc(x2k2)

带有坐标的形式为

f(x)=k1,k2=f(k1e1+k2e2)sinc(xe1k1)sinc(xe2k2)

对于一般的格子,设

B=Au1=Be1u2=Be2

g(x)=f(Bx)

那么

Fg(ξ)=1|detB|Ff(Bξ)=|detA|Ff(Aξ)

g使用之前的结论可得

g(x)=k1,k2=g(k1e1+k2e2)sinc(xe1k1)sinc(xe2k2)

y=Bx,我们有

f(y)=k1,k2=f(B(k1e1+k2e2))sinc(B1ye1k1)sinc(B1ye2k2)=k1,k2=f(k1Be1+k2Be2)sinc(Aye1k1)sinc(Aye2k2)=k1,k2=f(k1u1+k2u2)sinc(yAe1k1)sinc(yAe2k2)=k1,k2=f(k1u1+k2u2)sinc(yu1k1)sinc(yu2k2)

更换符号可得

f(x)=k1,k2=f(k1u1+k2u2)sinc(xu1k1)sinc(xu2k2)