浅谈算符运算
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算符的运算规则范文1.优先级规则:不同算符有不同的优先级,按照优先级的高低进行计算。
常见的算符优先级从高到低依次是指数、乘法和除法、加法和减法。
-指数运算(^)具有最高的优先级,它表示多次乘法。
例如,2^3表示2的3次方,即2×2×2=8-乘法(×)和除法(÷)具有相同的优先级,高于加法(+)和减法(-)。
当一个表达式中含有多个乘法和除法运算时,从左到右进行运算。
-加法和减法具有最低的优先级,它们在所有算符中优先级最低。
当一个表达式中含有多个加法和减法运算时,从左到右进行运算。
例如:2+3×5-1÷4^2,按照优先级规则进行计算:首先计算指数运算4^2=16,然后进行乘法和除法运算3×5=15和1÷16≈0.0625,最后进行加法和减法运算2+15-0.0625=17.93752.结合性规则:当一个表达式中有多个相同优先级的运算符时,结合性规则决定了运算的顺序。
结合性规则有左结合和右结合两种情况。
-左结合:指的是从左到右进行运算,先计算前面的运算,然后计算后面的运算。
加法和减法是左结合的运算符。
例如:2-3+4=3,先计算2-3,然后再加上4-右结合:指的是从右到左进行运算,先计算后面的运算,然后计算前面的运算。
指数运算是右结合的运算符。
例如:2^3^4等价于2^(3^4),先计算3^4,然后再进行指数运算。
注意:乘法、除法和指数运算都是左结合的运算符。
3.括号法则:使用括号可以改变运算的优先级和结合性。
括号内的表达式会首先进行运算。
在一个表达式中,可以有多层括号,按照从内到外的顺序进行运算。
例如:(2+3)×4,首先进行括号内的运算,得到5,然后进行乘法运算,得到20。
4.符号规则:符号规则决定了算符和操作数的运算结果的正负。
以下是一些常见的符号规则:-加法和正号:正号(+)表示正数,加法运算默认为正,例如:+2=2,2+3=5-减法和负号:减号(-)表示减法和负号。
第三章 力学量用算符表达§ 3.1 算符的运算规则 一、 运算规则二、 算符的对易关系三、 坐标、动量的对易关系 四、 角动量的对易关系 五、 算符的函数 § 3.2 厄米算符一、 本征值为实数 二、 本征函数正交三、 本征函数系构成完备集合 四、 简并五、 量子力学的基本假定 § 3.3 共同本征函数系 一、 不确定关系二、 两个力学量有共同本征函数系的条件 三、 力学量完全集四、 {zL L ˆ,ˆ2}的共同本征函数系第三章作业教材P132 ~ 133:3、7、11、12、16§ 3.1 算符的运算规则 一、运算规则ψ、Φ − 任意态矢量,1C 、2C − 任意复常数。
1、 线性算符ΦψΦψA C A C C C A ˆˆ)(ˆ2121+=+ 2、 算符相等B A B Aˆˆˆˆ=→=ψψ 3、 单位算符ψψ=Iˆ4、 算符之和ψψψB AB A ˆˆ)ˆˆ(+=+ 满足交换律A B B Aˆˆˆˆ+=+ 满足结合律C B A C B Aˆ)ˆˆ()ˆˆ(ˆ++=++ 5、 算符之积)ˆ(ˆ)ˆˆ(ψψB AB A = 依次作用于波函数。
满足结合律)ˆˆ(ˆˆ)ˆˆ(C B A C B A= 一般不满足交换律A B B Aˆˆˆˆ≠ 例如x x p x x pˆˆ≠ 因为)()]([)()ˆ()()()()ˆˆ(x dx d i x x p x x x dxd i x x p xxψψψψ -=≠-=幂运算n m n m n A A AA A A A+==ˆˆˆˆˆˆˆ[例题1] 证明任意算符与单位算符交换,即 A I I Aˆˆˆˆ=. 对于任意态ψψψψA I A I Aˆ)ˆ(ˆ ˆˆ== ψψψA A I A Iˆ)ˆ(ˆˆˆ== 所以A I I Aˆˆˆˆ=6、 逆算符若由 Φψ=A ˆ 能唯一地解出ψ,则可定义A ˆ 的逆算符 1ˆ-AΦψ1ˆ-=A. 性质:I A A A Aˆˆˆˆˆ11==-- 111ˆˆ)ˆˆ(---=A B B A因为I B B B I B B A A BI B A B Aˆˆˆˆˆˆˆˆˆˆ,ˆ)ˆˆ()ˆˆ(11111====-----7、 算符的复共轭Aˆ的复共轭*ˆA :将A ˆ的表达式中所有量换成其复共轭。
算符与算符的代数运算一、算符的定义与性质在数学中,算符是指对一个对象进行一系列运算得到另一个对象的操作。
算符常用于代数、分析、量子力学等领域。
算符一般表示为字母,如A、B、C等。
算符可以表示各种数学运算,例如加法、减法、乘法、除法等。
下面我们将首先介绍算符的一些基本定义与性质。
1. 闭合性:算符的闭合性是指对于同一类运算,对两个算符进行运算后所得到的结果仍然是该类算符。
例如,对于加法算符,对两个加法算符进行相加得到的结果仍然是加法算符。
2. 结合律:算符的结合律是指对于同一类运算,多个算符进行运算时,运算的结果与运算的顺序无关。
例如,对于加法算符,对三个加法算符进行相加的结果与先将前两个相加再与第三个相加的结果相同。
3. 交换律:算符的交换律是指对于同一类运算,两个算符进行运算后的结果与两个算符交换位置后进行运算得到的结果相同。
例如,对于乘法算符,两个乘法算符进行相乘的结果与两个算符交换位置后进行相乘的结果相同。
二、算符的代数运算在代数中,算符常常与具体的数值进行运算,从而得到新的算符。
下面我们将介绍算符的四种基本代数运算:加法运算、减法运算、乘法运算、除法运算。
加法运算满足闭合性、结合律和交换律,即对于任意两个算符A、B和C,有:- 闭合性:A + B仍然是一个算符;- 结合律:(A + B) + C = A + (B + C);- 交换律:A + B = B + A。
2. 减法运算:对于两个算符A和B,它们的减法运算定义为A - B。
减法运算也满足闭合性、结合律,但不满足交换律,即对于任意两个算符A、B和C,有:- 闭合性:A - B仍然是一个算符;- 结合律:(A - B) - C = A - (B + C);- 交换律不成立:A - B ≠ B - A。
3. 乘法运算:对于两个算符A和B,它们的乘法运算定义为A ×B。
乘法运算满足结合律和分配律,但不满足交换律,即对于任意两个算符A、B和C,有:- 结合律:(A × B) × C = A × (B × C);- 分配律:A × (B + C) = A × B + A × C;- 交换律不成立:A × B ≠ B × A。
量子力学算符的运算规则
由于我们在很多情况下,要进行算符的各种运算,比如加减乘除等等,因此我们来介绍算符的运算规则。
需要注意的是,一个算符是通过它对于波函数的作用产生了什么样的新函数来定义的。
因此我们在定义算符的运算的时候,本质上是在定义,在算符运算后得到的新算符作用到任意给定的波函数的时候,会产生怎样的结果。
首先是加法运算。
对于算数的相加,我们定义下面的公式:
对于任意的波函数Ψ,算符F^和G^的加法,为(F^ + G^)Ψ= F^Ψ+ G^Ψ
然后是相乘运算,公式如下:
对于任意的波函数Ψ,算符F^和G^的乘法,为(F^G^)Ψ= F^(G^Ψ)
也就是说,F^和G^的乘法F^G^的意思是,先用算符G^作用到波函数,形成新的波函数G^Ψ,再用算符G^作用到这个新的波函数。
大家知道,对于普通的数而言,加法和乘法是满足分配率的。
那么我们发觉,算符也满足分配率:(A^ + B^) C^ = A^C^ + B^C^
A^( B^ + C^) = A^B^ + A^C^
下面是两个算符的相等。
如果对于任意的波函数,两个算符F^和G^的作用结果都相同,那么我们说算符F^和G^相等。
有个特殊的算符是单位算符I^,它作用于任意波函数Ψ,都会得到Ψ自身。
I^Ψ= Ψ。
单位算符I^和任意算符F^相乘,最终都会得到F^自身。
I^F^ = F^I^ = F^。
因此有时候也将I^简写为1。
5.3 量子力学算符1.算符及其运算算符(operator)是代表进行某种运算规则的一种符号。
例如,数学算符ln 、xd d等,其所进行的运算规则大家是熟悉的。
算符的作用是:算符作用在一个函数上,得到一个新函数。
如函数f =x 2则算符x d d作用其上即xf x f 2'd d ==。
令A ˆ表示一个任意的算符(即用“∧”来标记算符),如果Aˆ将函数f (x )变成新函数g (x ),就可写成)()(A ˆx g x f =。
算符的运算是:若两个算符相加,即)(B ˆ)(A ˆdef )()B ˆAˆ(x f x f x f ++;两个算符相乘,即)](B ˆ[A ˆdef )()B ˆA ˆ(x f x f ;一个算符的平方,则是)](A ˆ[A ˆdef )(A ˆ2x f x f ;算符的乘法是结合的,即)C ˆB ˆ(A ˆC ˆ)B ˆA ˆ(=;算符的乘法和加法是分配的,即C ˆA ˆB ˆA ˆ)C ˆB ˆ(A ˆ+=+;若算符A ˆ与B ˆ不是对易的,必有A ˆB ˆB ˆAˆ≠;若算符A ˆ和B ˆ是对易的必有A ˆB ˆB ˆA ˆ=。
2.量子力学算符在量子力学中,系统的每一个力学量都有一个相应的算符。
如坐标x 的算符Xˆ,动量Px 的算符x P ˆ,势能V的算符V ˆ。
不同的力学量算符对波函数的作用方式不同。
如ψψx =X ˆ,x i x ∂∂=ψψ P ˆ。
利用算符可非常方便地表示量子力学公式。
如⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂∇2222222def z y x 叫拉普拉斯算符(laplace operator),⎥⎦⎤⎢⎣⎡+∇-V ˆ2def H ˆ22m 叫哈密顿算符(Hamilton operator),利用这些算符则定态薛定谔方程式(5-11)可简化地表示成ψψE m =⎥⎦⎤⎢⎣⎡+∇-V ˆ222 (5-15)或ψψE =H ˆ(5-16)3.本征方程若一个算符作用在一个函数上的结果是一个与该函数成比例的函数,则此函数就称为该算符的一个本征函数(eigenfunction),而比例常数为本征值(eigenvalu),该方程式则叫本征方程(eigen equation)。