問題は、与えられた関数が規格化されていることを確認することです。与えられた公式は、ガウス関数の積分に関するものです。ここで問題文の(1)が具体的に何であるか不明であるため、規格化の条件を満たす関数を一般的に確認する手順について説明します。通常、規格化とは、関数(またはその絶対値の二乗)を全空間で積分した結果が1になることを意味します。

解析学積分ガウス関数規格化
2025/7/3

1. 問題の内容

問題は、与えられた関数が規格化されていることを確認することです。与えられた公式は、ガウス関数の積分に関するものです。ここで問題文の(1)が具体的に何であるか不明であるため、規格化の条件を満たす関数を一般的に確認する手順について説明します。通常、規格化とは、関数(またはその絶対値の二乗)を全空間で積分した結果が1になることを意味します。

2. 解き方の手順

まず、規格化されるべき関数をψ(x)\psi(x)とします。ψ(x)\psi(x)が規格化されているかどうかを確認するには、以下の積分を計算する必要があります。
ψ(x)2dx\int_{-\infty}^{\infty} |\psi(x)|^2 dx
もし、この積分が1に等しい場合、関数ψ(x)\psi(x)は規格化されていると言えます。
問題文に与えられた公式:
exp(ax2)dx=πa\int_{-\infty}^{\infty} \exp(-ax^2) dx = \sqrt{\frac{\pi}{a}}
この公式は、ガウス関数exp(ax2)\exp(-ax^2)の積分を示しています。もしψ(x)=exp(ax2)\psi(x) = \exp(-ax^2) の規格化について問われているならば、まず規格化定数NNを導入します。
ψ(x)=Nexp(ax2)\psi(x) = N\exp(-ax^2)
規格化条件は
Nexp(ax2)2dx=1\int_{-\infty}^{\infty} |N\exp(-ax^2)|^2 dx = 1
N2exp(2ax2)dx=1N^2 \int_{-\infty}^{\infty} \exp(-2ax^2) dx = 1
ここで、与えられた公式を用いて、積分の値を計算します。aaの代わりに2a2aを使用すると、
exp(2ax2)dx=π2a\int_{-\infty}^{\infty} \exp(-2ax^2) dx = \sqrt{\frac{\pi}{2a}}
したがって、
N2π2a=1N^2 \sqrt{\frac{\pi}{2a}} = 1
N2=2aπN^2 = \sqrt{\frac{2a}{\pi}}
N=(2aπ)1/4N = \left(\frac{2a}{\pi}\right)^{1/4}
したがって、規格化された関数は
ψ(x)=(2aπ)1/4exp(ax2)\psi(x) = \left(\frac{2a}{\pi}\right)^{1/4} \exp(-ax^2)

3. 最終的な答え

問題文の(1)が具体的に示されていないため、一般的な規格化の手順を説明しました。もし(1)がexp(ax2)\exp(-ax^2)であれば、規格化定数はN=(2aπ)1/4N = \left(\frac{2a}{\pi}\right)^{1/4}となり、規格化された関数はψ(x)=(2aπ)1/4exp(ax2)\psi(x) = \left(\frac{2a}{\pi}\right)^{1/4} \exp(-ax^2)となります。問題文の指示通り、最終的な答えは関数が規格化されていることを確認する手順を示すことになります。

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