100.贝索函数
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※100.贝索函数
贝索(Friedrich Wilhelm Bessel,1784—1846)
1817年
贝索函数不但对于研究波传导的问题很有帮助,也是研究圆形薄膜震动模式的利器,这张图是尼蓝德(Paul Nylander)通过贝索函数诠释波动现象的作品。
傅立叶级数(1807年),微分分析机(1927年)及池田收束(1979年)
自14岁以后就没再受过正规教育的德国数学家贝索,在1817年发展出贝索函数研究星球受相互引力影响下会如何运动。贝索把数学家伯努利(Daniel Bernouli)的早期发现一般化。
从贝索完成这个重要的发现开始,贝索函数在广阔的数学界与工程界,就一直是不可或缺的工具,知名作家柯瑞内夫(Boris Korenev)就表示:“所有数学物理最重要的领域,以及各式各样的工程技术等种类繁多又包罗万象的问题,都免不了跟贝索函数有关。”贝索函数所衍生的各种不同理论,广泛运用在热传导、流体力学、扩散现象、讯号处理、声学、无线电通讯、板块震动、连锁波动、物质的临界压力、波传导通论、量子与核能物理等领域。贝索函数在弹性理论领域中也相当受用,可用来解决许多球面坐标或圆柱面坐标所表现的空间问题。
贝索函数本身也是某些特定微分方程式的解,用图形表示的话,看起来就像是一条如同涟漪般逐渐衰退的正弦函数曲线。以鼓皮这种圆形膜的波动方程式为例,其中一组解以及形成驻波(standing wave)的解都可以表示成贝索函数,这是一个以圆形膜中心点到圆形膜边缘之间距离r为变量的函数。
2006年,日本昭岛实验室与大阪大学的研究人员依赖贝索函数理论,设计出一套利用水面波纹书写文字或绘画的设备—“变形虫阿米巴”(AMOEBA,为Advanced Multiple Organized Experimental Basin的缩写,原意为“先进并联架构实验水槽”)。“变形虫阿米巴”包含一个直径1.6米、高30厘米的圆柱形水槽,还有五十组环绕水槽设置的水波产生器。“变形虫阿米巴”可以拼出所有的罗马字母,虽然呈现图像或文字的时间相当短暂,但是却能以间隔几秒钟的速度不断产生后续的字母或图案。 数学之书:数学史上250个里程碑式的发现