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Bestimmen Sie die Dimen- sion des Raumes

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Academic year: 2022

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Institut f¨ur Theoretische Physik der Universit¨at Karlsruhe Prof. Dr. F. R. Klinkhamer, Dr. Ch. Rupp

Theoretische Physik D im Sommersemester 2006 Ubungsblatt 7¨

Name: Tutorium:

Abgabe bis Dienstag, 13.6.06, 11:30 Punkte:

Aufgabe 17: Unsch¨arferelation 3 Punkte

Zeigen Sie unter Verwendung der Unsch¨arferelation f¨ur Ort und Impuls, daß die kinetische Energie eines Teilchens in einer Dimension folgendermaßen nach unten beschr¨ankt ist:

hHkini ≥ ~2 8mhx2i

Bemerkung: Diese Relation erkl¨art die Stabilit¨at des Wasserstoffatoms: Das Potential ist zwar nach unten unbeschr¨ankt, doch die kinetische Energie nimmt mit abnehmendem Radius stark zu.

Aufgabe 18: Vollst¨andigkeit 3 Punkte

Betrachten Sie den von den Funktionen 1, sinx, sin2x, cos2x, sin 2x, cos 2x aufgespannten Vektorraum (der Definitionsbereich der Funktionen sei [0,2π]). Bestimmen Sie die Dimen- sion des Raumes. Geben Sie eine Basis an und zeigen Sie deren Vollst¨andigkeit und lineare Unabh¨angigkeit.

Aufgabe 19: Orthogonale Polynome 6 Punkte

Der Raum der Polynome ¨uber dem Intervall [a, b] wird aufgespannt von der Menge B :={1, x, x2, x3, x4, . . .}.

Durch

hp1|p2i:=

Z b

a

dx g(x)p1(x)p2(x),

g(x) 0 und stetig, sei ein Skalarprodukt gegeben (p1, p2 sind Polynome). Mit Hilfe des Schmidtschen Orthogonalisierungsverfahrens kann man ausgehend von B ein System von or- thogonalen Polynomen konstruieren.

a) Wir betrachten den Fall a = −1, b = 1, g(x) = 1. Bestimmen Sie ausgehend von der Basis B die ersten 3 orthogonalen Polynome P0, P1, P2 (der Grad in x ist 2).

Bestimmen Sie auch die Norm ||Pk||=p

hPk|Pki(k= 0. . .2).

b) Wir betrachten ein zweites Beispiel: a= 0, b=∞, g(x) =e−x. Bestimmen Sie wieder die ersten 3 orthogonalen PolynomeL0,L1,L2 sowie deren Norm.

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