FYS2140 Kvantefysikk. Løsningsforslag for Oblig 7

Like dokumenter
Løsning til øving 23 for FY1004, våren 2008

Løsningsforslag Matematisk fysikk, 28. mai 2001

Løsningsforslag Eksamen 27. mai 2005 FY2045 Kvantefysikk

FYS2140 Kvantefysikk, Løsningsforslag Oblig 7

EKSAMEN I SIF4018 MATEMATISK FYSIKK mandag 28. mai 2001 kl

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 7. Sindre Rannem Bilden, Gruppe 4

Løysingsframlegg øving 1

B.1 Generelle egenskaper til energiegenfunksjoner

Fakta om fouriertransformasjonen

Løsningsforslag FYS2140 Hjemmeeksamen Vår 2015

TFY Løsning øving 5 1 LØSNING ØVING 5. Krumning og stykkevis konstante potensialer

Fasit TFY4215/FY1006 Innføring i kvantefysikk Vår 2015

NTNU. TMA4100 Matematikk 1 høsten Løsningsforslag - Øving 5. Avsnitt Vi vil finne dx ( cos t dt).

Løsningsforslag for FYS2140 Kvantemekanikk, Torsdag 16. august 2018

Løsningsforslag Eksamen 14.desember 2011 FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I

Løsningsforslag til prøveeksamen i MAT1050, vår 2019

TFY4215 Innføring i kvantefysikk - Løsning øving 1 1 LØSNING ØVING 1

Løsningsforslag Eksamen 4. desember 2007 TFY4250 Atom- og molekylfysikk/fy2045 Kvantefysikk

FY1006/TFY Løysing øving 5 1 LØYSING ØVING 5. Krumning og stykkevis konstante potensial

Ma Flerdimensjonal Analyse Øving 11

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Løsningsforslag AA6524 Matematikk 3MX Elever AA6526 Matematikk 3MX Privatister eksamensoppgaver.org

2 n+2 er konvergent eller divergent. Observer først at; 2n+2 2 n+2 = n=1. n=1. 2 n > for alle n N. Denne summen er.

Løsningsforslag AA6524 Matematikk 3MX Elever 7. juni eksamensoppgaver.org

Mathematics 114Q Integration Practice Problems SOLUTIONS. = 1 8 (x2 +5x) 8 + C. [u = x 2 +5x] = 1 11 (3 x)11 + C. [u =3 x] = 2 (7x + 9)3/2

EKSAMEN I TFY4250 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK og FY2045 KVANTEFYSIKK Tirsdag 4. desember 2007 kl

FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I, løsning øving 4 1 LØSNING ØVING 4

Solutions #12 ( M. y 3 + cos(x) ) dx + ( sin(y) + z 2) dy + xdz = 3π 4. The surface M is parametrized by σ : [0, 1] [0, 2π] R 3 with.

Løsningsforslag Eksamen 7. august 2006 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

Løsningsforslag Eksamen M001 Våren 2002

Løsningsforslag, eksamen MA1101/MA6101 Grunnkurs i analyse I, vår 2009

Tillegg om strømfunksjon og potensialstrøm

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

EKSAMEN I TFY4250 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK Onsdag 8. august 2007 kl

Trigonometric Substitution

a 2 x 2 dy dx = e r r dr dθ =

EKSAMEN I TFY4250 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK og FY2045 KVANTEFYSIKK Tirsdag 4. desember 2007 kl

Øving 5 - Fouriertransform - LF

Løsningsforslag AA6526 Matematikk 3MX - 8. desember eksamensoppgaver.org

NTNU Institutt for matematiske fag. TMA4100 Matematikk 1 høsten Løsningsforslag - Øving 8. Oppgave 1. Oppgave 2

Løsningsforslag Eksamen 27. mai 2011 FY1006/TFY4215 Innføring i kvantefysikk

NORSK TEKST Side 1 av 4. Faglig kontakt under eksamen: Ingjald Øverbø, tlf , eller

Oppgave 2 Vi ser på et éndimensjonalt system hvor en av de stasjonære tilstandene ψ(x) er gitt som { 0 for x < 0, ψ(x) = Ne ax (1 e ax (1)

Ma Flerdimensjonal Analyse Øving 1

FYS2140 Kvantefysikk, Løsningsforslag for Oblig 1

Exam in Quantum Mechanics (phys201), 2010, Allowed: Calculator, standard formula book and up to 5 pages of own handwritten notes.

Oppgave 1. ( xφ) φ x t, hvis t er substituerbar for x i φ.

Løsningsforslag Eksamen 26. mai 2008 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2019

Bokmål / Nynorsk / English NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK. Eksamen TFY4185 Måleteknikk

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: MAT-1003 Dato: Tirsdag 15. desember 2015 Tid: Kl 15:00 19:00 Sted: Åsgårdvegen 9

Ma Flerdimensjonal Analyse II Øving 9

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Løsningsforslag Eksamen M100 Høsten 1998

Løsningsforslag. Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver teller like mye.

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

FY1006/TFY Øving 3 1 ØVING 3. Gjør unna så mye du kan av dette før veiledningstimene, slik at disse kan brukes på utfordringene i denne øvingen.

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 8. Sindre Rannem Bilden, Gruppe 4

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

EKSAMENSOPPGAVE I BI2034 Samfunnsøkologi EXAMINATION IN: BI Community ecology

BYFE DAFE Matematikk 1000 HIOA Obligatorisk innlevering 5 Innleveringsfrist Fredag 15. april 2016 kl 14 Antall oppgaver: 8

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

TFY4115: Løsningsforslag til oppgaver gitt

TFY4170 Fysikk 2 Justin Wells

Løsningsforslag Eksamen 20. desember 2012 FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I

Løsningsforslag Konte-eksamen 2. august 2003 SIF4048 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

UNIVERSITETET I BERGEN

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

LØSNING ØVING 2. Løsning oppgave 5. TFY4215 Innføring i kvantefysikk - Løsning øving 2 1

Plan. I dag. Neste uke

Løsningsforslag Eksamen 5. august 2009 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Løsningsførslag i Matematikk 4D, 4N, 4M

Løsningsforslag Eksamen 13. august 2011 FY1006/TFY4215 Innføring i kvantefysikk

y = x y, y 2 x 2 = c,

Fasit TFY4215/FY1006 Innføring i kvantemekanikk august 2014

Fasit Kontekesamen TFY4215/FY1006 Innføring i kvantefysikk 2015

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til eksamen i TMA4105 matematikk 2,

Oppgavene er hentet fra fagets lærebok, Hass, Weir og Thomas, samt gamle eksamener.

dx = 1 1 )dx = 3 y= x . Tangentplanet til hyperboloiden i (2, 1, 3) er derfor gitt ved x 2, y 1, z 3 = 0 x 2 + 2(y 1) 2 (z 3) = 0 x + 2y 2z 3 = 2

Virvelfrihet, potensialer, Laplacelikningen

Eksamen FY1006/TFY mai løsningsforslag 1

EKSAMEN BOKMÅL STEMMER. DATO: TID: OPPG. SIDER: VEDLEGG: 3 desember :00-13: FAGKODE: IR Matematikk 1

Eksamensoppgave i MA1101/MA6101 Grunnkurs i analyse I. LØSNINGSFORSLAG

Eksamen IRF30014, våren 16 i Matematikk 3 Løsningsforslag

Den deriverte og derivasjonsregler

Obligatorisk oppgave nr 4 FYS Lars Kristian Henriksen UiO

Fasit Kontekesamen TFY4215/FY1006 Innføring i kvantefysikk 2015

Ma Flerdimensjonal Analyse Øving 6

SIF5005 Matematikk 2, 13. mai 2002 Løsningsforslag

OPPGAVE 1 NYNORSK. LØYSINGSFORSLAG Eksamen i MAT111 - Grunnkurs i matematikk I onsdag 16. mai 2012 kl. 09:00-14:00. a) La z 1 = 3 3 3i, z 2 = 4 + i,

Løsningsforslag til Eksamen i MAT111

Løsningsforslag Eksamen 26. mai 2008 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Transkript:

FYS2140 Kvantefysikk Løsningsforslag for Oblig 7

Oppgave 2.23 Regn ut følgende intgral a) +1 3 (x 3 3x 2 + 2x 1)δ(x + 2) dx (1) Svar: For å løse dette integralet bruker vi Dirac deltafunksjonen (se seksjon 2.5 i boka), som brukes som angitt under. f(x)δ(x a) dx = f(a) δ(x a) dx = f(a) (2) Bruker vi dette på vårt integral får vi, hvor f(x) = (x 3 3x 2 +2x 1): +1 f(x)δ(x + 2) dx = f( 2) +1 3 3 δ(x + 2) dx = ( 2) 3 3 ( 2) 2 + 2 ( 2) 1 = 8 12 4 1 = 25 b) [ ] cos(3x) + 2 δ(x π) dx (3) 0 Svar: Bruker vi samme metode som i oppgave a), får vi: f(x)δ(x π) dx = f(π) 0 0 = cos(3π) + 2 = 1 + 2 = 1. δ(x π) dx c) +1 1 e ( x +3) δ(x 2) dx (4) Svar: Dette integralet blir 0, da x = 2 er utenfor domenen til integrasjonen. 1

Oppgave 2.24 Delta functions live under integral signs, and two expressions (D 1 (x) and D 2 (x)) involving delta functions are said tot be equal if: f(x)d 1 (x) dx = for every (ordinary) function f(x) a) Show that f(x)d 2 (x) dx δ(cx) = 1 δ(x). (5) c where c is a real constant. (Be sure to check the case where c is negative. Svar: For å løse dette må vi teste og se hva som skjer. Dersom vi lar y cx, slik at dx = 1 dy for c > 0 vil y da gå fra minus uendelig c til pluss uendelig, mens for c < 0 vil y gå fra pluss uendelig til minus uendelig. La oss prøve { 1 f(x)δ(cx) dx = f(y/c)δ(y)dy = 1 f(0) (c > 0); c c 1 f(y/c)δ(y)dy = 1 f(y/c)δ(y)dy = 1 f(0) (c < 0). c c c Dermed, blir dette: f(x)δ(cx) dx = 1 c f(0) Som gir oss det vi lette etter 1 c δ(x). b) Let θ(x) be the step function: = f(x) 1 δ(x) dx c θ(x) = { 1, if x > 0, 0, if x < 0. 2

(In the rare case where it actually matters, we define θ(0) to be 1/2.) Show that dθ dx = δ(x). Svar: For å finne svaret her må vi gjøre litt delvis integrasjon. f(x) dθ dx dx = [fθ] = f( ) 0 df dx θ dx df dx dx = f( ) f( ) + f(0) = f(0) = f(x)δ(x) dx Dermed er dθ/dx = δ(x), som gir mening da θ er konstant, dens deriverte er null, med unntak av ved x = 0 da den deriverte er uendelig. Oppgave 2.26 What is the Fourier transform of δ(x)? Using Plancherel s theorem, show that δ(x) = 1 e ikx dk (6) Svar: Plancherel s teorem er gitt av f(x) = 1 F (k)e ikx dk F (k) = 1 f(x)e ikx dx (7) F (k) er Fourier transformen av f(x); mens f(x) er den inverse. For å løse dette problem kan man enkelt la f(x) = δ(x) og sette dette inn i likningen for Fourier transform. F (k) = 1 = 1 δ(x)e ikx dx 3

Her har vi brukt egenskaper ved Dirac deltafunksjonen. Vi har nå funnet F (k) = 1 og kan da finne f(x) ved hjelp av Plancherel s teorem. f(x) = δ(x) = 1 Som er det vi skulle vise. 1 e ikx dk = 1 e ikx dk Oppgave 2.27 Consider the double delta-function potential V (x) = α [ δ(x + a) + δ(x a) ], (8) where α and a are positive constants. a) Sketch this potential Svar: Figur 1: Skisse av potensialet b) How many bound states does it posses? Find the allowed energies for α = 2 /ma and for α = 2 /4ma, and sketch the wave functions. Svar: Fra oppgave 2.1c) vet vi at løsningene er like eller odde. Først ser vi på de like løsningene: 4

Ae κx ψ(x) = B(e κx + e κx ) Ae κx (x < a), ( a < x < a), (x < a). Pga. kontinuitet i a så har vi: Ae κa = B(e κa + e κa ), eller A = B(e 2κa + 1) og at det er en diskontinuitet i den deriverte ved a: dψ dx = 2mα 2 ψ(a) : Da får vi: Som gir oss : κae κa B(κe κa κe κa ) = 2mα 2 Ae κa I tillegg har vi følgende A + B(e 2κa 1) = 2mα 2 κ A ( 2mα ) B(e 2κa 1) = A 2 κ 1 ( 2mα ) = B(e 2κa + 1) 2 κ 1 e 2κa 1 = e 2κa ( 2mα 2 κ 1 ) + 2mα 2 κ 1. For å få et bedre uttrykk som vi lett kan fremstille grafisk er det lurt å uttrykke løsningene våre slik 1 = 2mα 2 κ 1 + 2mα κ e 2κa ; 2 κ mα = 1 + e 2κa e 2κa = 2 κ mα 1 5

For å løse denne grafisk lar vi z = 2κa og c 2, dermed er 2amα e z = cz 1, plotter så begge sider av likningen og ser hvor kurvene har kryssningspunkt. Figur 2: Grafisk fremstilling av like løsninger Fra plottet kan vi se at både c og z er positive og vi ser også at det kun er en løsning for like ψ. Hvis α = 2 /2ma, da er c = 1 og vi får z = 1.278, dermed er κ 2 = 2mE/ 2 = z 2 /(2a) 2. Fra dette kan vi finne energien E, ( ) E = (1.278)2 2 8 ma 2 ( ) 2 = 0.204 ma 2 Videre kan vi se på odde funksjoner, som er gitt ved Ae κx ψ(x) = B(e κx e κx ) Ae κx (x < a), ( a < x < a), (x < a). Om vi igjen ser på kontinuitet ved a Ae κa = B(e κa e κa ), or A = B(e 2κa 1). 6

Og så på diskontinuitet i den deriverte κae κa B(κe κa + κe κa ) = 2mα 2 Ae κa ( 2mα ) B(e 2κa + 1) = A 2 κ 1, Dette gir oss videre Videre kan vi da få ( 2mα ) e 2κa + 1 = (e 2κa 1) 2 κ 1 = e 2κa ( 2mα 2 κ 1 ) 2mα 2 κ + 1 1 = 2mα 2 κ 1 2mα 2 κ e 2κa ; 2 κ mα = 1 e 2κa, e 2κa = 1 2 κ mα Dette kan vi igjen skrive som e z = 1 cz. Fremstiller dette grafisk som for de like løsningene og får. Figur 3: Grafisk fremstilling av odde løsninger Nå, dersom vi ser på plottet vi har lagd, så kan vi se at her er det to muligheter, det kan være ingen løsninger eller så kan det være en. 7

Begge kurvene krysser y-aksen ved 1, men dersom man har en for stor c, eller for liten α, vil ikke kurven krysse z-aksen. Ved en mindre c vil kurven derimot krysse z-aksen. Merk at z = 0 κ = 0 er ikke en løsning, siden ψ da ikke er normaliserbar. Stigningen for e z blir da (ved z = 0) er 1, mens stigningen for (1 cz) er c. Det vil si at det er en odde funksjon ved c < 1, eller α > / 2ma.. Til slutt kan vi da konkludere med at det er en bundet tilstand for α 2 /2ma og to for α > 2 /2ma. Men, vi skulle jo også finne energiene. Dersom α er gitt ved α = 2 ma vil c da være { c = 1 Even: e z 2 = 1z 1 z = 2.21772, 2 Odd: e z = 1 1z z = 1.59362. 2 Som gir oss følgende energier: E = 0.615 ( 2 /ma 2) ; E = 0.317 ( 2 /ma 2). Har vi derimot α = 2 /4ma, så har vi kun en bundet tilstand (for like løsninger), som er gitt av e z = 2z 1 z = 0.738835 som gir oss E = 0.0682( 2 /ma 2 ). 8