能否用傅里叶变换求解这个问题?$$ \hat{H} = -\frac{1}{2} \nabla^2 + V(x) $$ $$ V(x) = 0 ; (|x|<10) ;;; {\rm or} ;;; +\infty ; (|x|>10) $$ 的本征值

时间: 2024-05-20 16:13:53 浏览: 140
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基于MATLAB实现了极坐标下的傅里叶变换,对一个给定 n×n 的二维信号,其计算复杂度等价于笛卡尔坐标下的2D-FFT

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是的,可以使用傅里叶变换来求解这个问题。具体的方法是将波函数表示为傅里叶级数的形式,然后将其代入薛定谔方程中,通过计算系数来求解本征值。这个方法也被称为平面波方法。 对于这个问题,由于势能在 $|x|<10$ 的区域内为零,因此可以将波函数表示为平面波的形式: $$ \psi(x) = \frac{1}{\sqrt{2\pi}} e^{ikx} $$ 其中 $k$ 是波矢,满足 $k^2/2 = E$,$E$ 是能量。根据边界条件,可以将波矢限制在 $[-\pi/10,\pi/10]$ 的区间内。 将波函数代入薛定谔方程,得到: $$ -\frac{1}{2}\frac{\partial^2}{\partial x^2} \psi(x) + V(x) \psi(x) = E \psi(x) $$ 代入平面波形式的波函数,得到: $$ \frac{1}{2}k^2 \psi(x) + V(x) \psi(x) = E \psi(x) $$ 由于势能在 $|x|>10$ 的区域内为无限大,因此波函数在这个区域内为零,即 $\psi(x) = 0$。因此,可以得到波矢的取值范围: $$ \frac{1}{2}k^2 = E $$ $$ -\frac{\pi}{10} \leq k \leq \frac{\pi}{10} $$ 通过计算傅里叶系数,可以得到本征值和本征函数。具体的计算过程较为繁琐,这里不再赘述。
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