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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Principio de incertidumbre
Juan Carlos Cantero GuardenoJuan Antonio Fernandez Torvisco
Jose Carlos Garcıa MerinoIrene Lopez Bailon
Joaquın Santos BarraganManuel Santos Gutierrez
VI Escuela Taller de Analisis Funcional
2 de marzo de 2016
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Contents
1 Principio de incertidumbreFormulacion abstractaEjemplos
2 Transformada de Fourier3 Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-Price4 Aplicacion a la ecuacion del calor5 Ecuacion del calor con potencial
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Formulacion abstractaEjemplos
Contenidos
1 Principio de incertidumbreFormulacion abstractaEjemplos
2 Transformada de Fourier
3 Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-Price
4 Aplicacion a la ecuacion del calor
5 Ecuacion del calor con potencial
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Formulacion abstractaEjemplos
Introduccion
Definicion 1
Un operador S se dice simetrico si 〈Sf, f〉 = 〈f, Sf〉, y un operador Ase dice antisimetrico si 〈Af, f〉 = −〈f,Af〉.
Se verifica:〈(AS − SA)f, f〉 ≤ ‖Sf‖2 + ‖Af‖2. (1)
En (1) obtenemos la igualdad si y solo si (A+ S)f = 0.Cambiando A por −A, obtenemos:
−〈(AS − SA)f, f〉 = 〈((−A)S − S(−A))f, f〉 ≤ ‖Sf‖2 + ‖Af‖2.
Cambiando ahora A por ±λA y S por 1λS , obtenemos:
Principio de incertidumbre
|〈(AS − SA)f, f〉| ≤ 2‖Sf‖‖Af‖.
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Formulacion abstractaEjemplos
Introduccion
Definicion 1
Un operador S se dice simetrico si 〈Sf, f〉 = 〈f, Sf〉, y un operador Ase dice antisimetrico si 〈Af, f〉 = −〈f,Af〉.
Se verifica:〈(AS − SA)f, f〉 ≤ ‖Sf‖2 + ‖Af‖2. (1)
En (1) obtenemos la igualdad si y solo si (A+ S)f = 0.Cambiando A por −A, obtenemos:
−〈(AS − SA)f, f〉 = 〈((−A)S − S(−A))f, f〉 ≤ ‖Sf‖2 + ‖Af‖2.
Cambiando ahora A por ±λA y S por 1λS , obtenemos:
Principio de incertidumbre
|〈(AS − SA)f, f〉| ≤ 2‖Sf‖‖Af‖.
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Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Formulacion abstractaEjemplos
Introduccion
Definicion 1
Un operador S se dice simetrico si 〈Sf, f〉 = 〈f, Sf〉, y un operador Ase dice antisimetrico si 〈Af, f〉 = −〈f,Af〉.
Se verifica:〈(AS − SA)f, f〉 ≤ ‖Sf‖2 + ‖Af‖2. (1)
En (1) obtenemos la igualdad si y solo si (A+ S)f = 0.
Cambiando A por −A, obtenemos:
−〈(AS − SA)f, f〉 = 〈((−A)S − S(−A))f, f〉 ≤ ‖Sf‖2 + ‖Af‖2.
Cambiando ahora A por ±λA y S por 1λS , obtenemos:
Principio de incertidumbre
|〈(AS − SA)f, f〉| ≤ 2‖Sf‖‖Af‖.
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Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Formulacion abstractaEjemplos
Introduccion
Definicion 1
Un operador S se dice simetrico si 〈Sf, f〉 = 〈f, Sf〉, y un operador Ase dice antisimetrico si 〈Af, f〉 = −〈f,Af〉.
Se verifica:〈(AS − SA)f, f〉 ≤ ‖Sf‖2 + ‖Af‖2. (1)
En (1) obtenemos la igualdad si y solo si (A+ S)f = 0.Cambiando A por −A, obtenemos:
−〈(AS − SA)f, f〉 = 〈((−A)S − S(−A))f, f〉 ≤ ‖Sf‖2 + ‖Af‖2.
Cambiando ahora A por ±λA y S por 1λS , obtenemos:
Principio de incertidumbre
|〈(AS − SA)f, f〉| ≤ 2‖Sf‖‖Af‖.
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Formulacion abstractaEjemplos
Introduccion
Definicion 1
Un operador S se dice simetrico si 〈Sf, f〉 = 〈f, Sf〉, y un operador Ase dice antisimetrico si 〈Af, f〉 = −〈f,Af〉.
Se verifica:〈(AS − SA)f, f〉 ≤ ‖Sf‖2 + ‖Af‖2. (1)
En (1) obtenemos la igualdad si y solo si (A+ S)f = 0.Cambiando A por −A, obtenemos:
−〈(AS − SA)f, f〉 = 〈((−A)S − S(−A))f, f〉 ≤ ‖Sf‖2 + ‖Af‖2.
Cambiando ahora A por ±λA y S por 1λS , obtenemos:
Principio de incertidumbre
|〈(AS − SA)f, f〉| ≤ 2‖Sf‖‖Af‖.
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Formulacion abstractaEjemplos
Oscilador armonico (Heisenberg)
Sf = xf ; Af = f ′, S simetrico, A antisimetrico.
Conmutador:
(AS − SA)f =d
dx(xf)− x d
dxf = f
Principio de Incertidumbre de Heisenberg:
‖f‖2L2 ≤ 2‖f ′‖L2‖xf‖L2
(S +A)f = 0⇔ f(x) = ce−x2/2
Oscilador Armonico:
(S −A)(S +A)f = −f ′′ + x2f − f = 0.
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Formulacion abstractaEjemplos
Oscilador armonico (Heisenberg)
Sf = xf ; Af = f ′, S simetrico, A antisimetrico.Conmutador:
(AS − SA)f =d
dx(xf)− x d
dxf = f
Principio de Incertidumbre de Heisenberg:
‖f‖2L2 ≤ 2‖f ′‖L2‖xf‖L2
(S +A)f = 0⇔ f(x) = ce−x2/2
Oscilador Armonico:
(S −A)(S +A)f = −f ′′ + x2f − f = 0.
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Formulacion abstractaEjemplos
Oscilador armonico (Heisenberg)
Sf = xf ; Af = f ′, S simetrico, A antisimetrico.Conmutador:
(AS − SA)f =d
dx(xf)− x d
dxf = f
Principio de Incertidumbre de Heisenberg:
‖f‖2L2 ≤ 2‖f ′‖L2‖xf‖L2
(S +A)f = 0⇔ f(x) = ce−x2/2
Oscilador Armonico:
(S −A)(S +A)f = −f ′′ + x2f − f = 0.
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Formulacion abstractaEjemplos
Oscilador armonico (Heisenberg)
Sf = xf ; Af = f ′, S simetrico, A antisimetrico.Conmutador:
(AS − SA)f =d
dx(xf)− x d
dxf = f
Principio de Incertidumbre de Heisenberg:
‖f‖2L2 ≤ 2‖f ′‖L2‖xf‖L2
(S +A)f = 0⇔ f(x) = ce−x2/2
Oscilador Armonico:
(S −A)(S +A)f = −f ′′ + x2f − f = 0.
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Formulacion abstractaEjemplos
Oscilador armonico (Heisenberg)
Sf = xf ; Af = f ′, S simetrico, A antisimetrico.Conmutador:
(AS − SA)f =d
dx(xf)− x d
dxf = f
Principio de Incertidumbre de Heisenberg:
‖f‖2L2 ≤ 2‖f ′‖L2‖xf‖L2
(S +A)f = 0⇔ f(x) = ce−x2/2
Oscilador Armonico:
(S −A)(S +A)f = −f ′′ + x2f − f = 0.
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Formulacion abstractaEjemplos
Potencial de Coulomb
Sf = x|x|f ;Af = 5f , S simetrico, A antisimetrico
Conmutador:
(AS − SA)f =d− 1
|x|f, (d ≥ 2)
∫d− 1
|x||f |2 ≤ 2
(∫|f |2
)1/2(∫| 5 f |2
)1/2
(S +A)f = 0⇔ f(x) = ce−|x|
Potencial de Coulomb:
(S −A)(S +A)f = −4 f − d− 1
|x|f + f = 0
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Formulacion abstractaEjemplos
Potencial de Coulomb
Sf = x|x|f ;Af = 5f , S simetrico, A antisimetrico
Conmutador:
(AS − SA)f =d− 1
|x|f, (d ≥ 2)
∫d− 1
|x||f |2 ≤ 2
(∫|f |2
)1/2(∫| 5 f |2
)1/2
(S +A)f = 0⇔ f(x) = ce−|x|
Potencial de Coulomb:
(S −A)(S +A)f = −4 f − d− 1
|x|f + f = 0
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Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Formulacion abstractaEjemplos
Potencial de Coulomb
Sf = x|x|f ;Af = 5f , S simetrico, A antisimetrico
Conmutador:
(AS − SA)f =d− 1
|x|f, (d ≥ 2)
∫d− 1
|x||f |2 ≤ 2
(∫|f |2
)1/2(∫| 5 f |2
)1/2
(S +A)f = 0⇔ f(x) = ce−|x|
Potencial de Coulomb:
(S −A)(S +A)f = −4 f − d− 1
|x|f + f = 0
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Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Formulacion abstractaEjemplos
Potencial de Coulomb
Sf = x|x|f ;Af = 5f , S simetrico, A antisimetrico
Conmutador:
(AS − SA)f =d− 1
|x|f, (d ≥ 2)
∫d− 1
|x||f |2 ≤ 2
(∫|f |2
)1/2(∫| 5 f |2
)1/2
(S +A)f = 0⇔ f(x) = ce−|x|
Potencial de Coulomb:
(S −A)(S +A)f = −4 f − d− 1
|x|f + f = 0
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Formulacion abstractaEjemplos
Potencial de Coulomb
Sf = x|x|f ;Af = 5f , S simetrico, A antisimetrico
Conmutador:
(AS − SA)f =d− 1
|x|f, (d ≥ 2)
∫d− 1
|x||f |2 ≤ 2
(∫|f |2
)1/2(∫| 5 f |2
)1/2
(S +A)f = 0⇔ f(x) = ce−|x|
Potencial de Coulomb:
(S −A)(S +A)f = −4 f − d− 1
|x|f + f = 0
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Formulacion abstractaEjemplos
Desigualdad de Hardy
Sf =d− 2
2
x
|x|2f ;Af = 5f, (d ≥ 3)
Conmutador:
(AS − SA)f =(d− 2)2
2
1
|x|2f
Desigualdad de Hardy:(∫(d− 2)2
2|x|2|f |2
)1/2
≤(
2
∫| 5 f |2
)1/2
(S +A)f = 0⇔ f(x) = |x|1− d2 (5f 6∈ L2)
(S −A)(S +A)f = −4 f − (d− 2)2
4|x|2f = 0
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Formulacion abstractaEjemplos
Desigualdad de Hardy
Sf =d− 2
2
x
|x|2f ;Af = 5f, (d ≥ 3)
Conmutador:
(AS − SA)f =(d− 2)2
2
1
|x|2f
Desigualdad de Hardy:(∫(d− 2)2
2|x|2|f |2
)1/2
≤(
2
∫| 5 f |2
)1/2
(S +A)f = 0⇔ f(x) = |x|1− d2 (5f 6∈ L2)
(S −A)(S +A)f = −4 f − (d− 2)2
4|x|2f = 0
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Formulacion abstractaEjemplos
Desigualdad de Hardy
Sf =d− 2
2
x
|x|2f ;Af = 5f, (d ≥ 3)
Conmutador:
(AS − SA)f =(d− 2)2
2
1
|x|2f
Desigualdad de Hardy:(∫(d− 2)2
2|x|2|f |2
)1/2
≤(
2
∫| 5 f |2
)1/2
(S +A)f = 0⇔ f(x) = |x|1− d2 (5f 6∈ L2)
(S −A)(S +A)f = −4 f − (d− 2)2
4|x|2f = 0
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Formulacion abstractaEjemplos
Desigualdad de Hardy
Sf =d− 2
2
x
|x|2f ;Af = 5f, (d ≥ 3)
Conmutador:
(AS − SA)f =(d− 2)2
2
1
|x|2f
Desigualdad de Hardy:(∫(d− 2)2
2|x|2|f |2
)1/2
≤(
2
∫| 5 f |2
)1/2
(S +A)f = 0⇔ f(x) = |x|1− d2 (5f 6∈ L2)
(S −A)(S +A)f = −4 f − (d− 2)2
4|x|2f = 0
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Formulacion abstractaEjemplos
Desigualdad de Hardy
Sf =d− 2
2
x
|x|2f ;Af = 5f, (d ≥ 3)
Conmutador:
(AS − SA)f =(d− 2)2
2
1
|x|2f
Desigualdad de Hardy:(∫(d− 2)2
2|x|2|f |2
)1/2
≤(
2
∫| 5 f |2
)1/2
(S +A)f = 0⇔ f(x) = |x|1− d2 (5f 6∈ L2)
(S −A)(S +A)f = −4 f − (d− 2)2
4|x|2f = 0
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Contenidos
1 Principio de incertidumbreFormulacion abstractaEjemplos
2 Transformada de Fourier
3 Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-Price
4 Aplicacion a la ecuacion del calor
5 Ecuacion del calor con potencial
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Transformada de Fourier
Se define la transformada de Fourier de f : R→ R, f ∈ L1 como
f(ξ) =1
(2π)n/2
∫Rn
exp(−ixξ)f(x)dx
con ξ ∈ Rn.
(1) ∇f(ξ)= iξf(ξ)
(2) (Plancherel) ‖f‖L2 = ‖f‖L2
Heisenberg‖f‖2L2 ≤ 2‖xf‖L2‖ξf‖L2
” = ” ⇔ f = ce−x2/2 (f gaussiana)
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Contenidos
1 Principio de incertidumbreFormulacion abstractaEjemplos
2 Transformada de Fourier
3 Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-Price
4 Aplicacion a la ecuacion del calor
5 Ecuacion del calor con potencial
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Principio de incertidumbre de Hardy
Teorema 1
Sea f : R→ R y f su transformada de Fourier. Supongamos que
f(·)exp(| · |2/α2) ∈ L∞(Rn),
f(·)exp(| · |2/β2) ∈ L∞(Rn).
Si α2β2 = 4, entonces f es un multiplo escalar deexp(−| · |2/α2).
Si α2β2 < 4, f ≡ 0.
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Teorema de Cowling-Price
Teorema 2
Sea f : R→ R y f su transformada de Fourier. Supongamos que
f(·)exp(| · |2/α2) ∈ L2,
f(·)exp(| · |2/β2) ∈ L2.
Si α2β2 ≤ 4, f ≡ 0.
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Contenidos
1 Principio de incertidumbreFormulacion abstractaEjemplos
2 Transformada de Fourier
3 Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-Price
4 Aplicacion a la ecuacion del calor
5 Ecuacion del calor con potencial
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Aplicacion a la ecuacion del calor
{ut = ∆u,
u(·, t = 0) = u0
Proposicion 1
Sea T > 0. Si u0 ∈ L1(Rn) y u(x, T ) decae gaussiano (i.e.
u(x, T ) = O(e−|x|
2/δ2)
. Entonces, si 1√Tδ2 < 4, entonces
u0 ≡ 0.
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Aplicacion a la ecuacion del calor
{ut = ∆u,
u(·, t = 0) = u0
Proposicion 1
Sea T > 0. Si u0 ∈ L1(Rn) y u(x, T ) decae gaussiano (i.e.
u(x, T ) = O(e−|x|
2/δ2)
. Entonces, si 1√Tδ2 < 4, entonces
u0 ≡ 0.
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Proof.
Aplicamos la transformada de Fourier a la ecuacion,
ut(t, ξ) = −ξ2u(t, ξ) =⇒ u(t, ξ) = e−t|ξ|2u0(ξ)
Ası, como u0(x) es integrable,
u(0, ξ) = u0(ξ) ∈ L∞
ademas,u(T, ξ) = e−T (ξ)2
u0(ξ)
ahora estamos en condiciones de aplicar Hardy, α = δ yβ2 = 1/T .
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Proof.
Aplicamos la transformada de Fourier a la ecuacion,
ut(t, ξ) = −ξ2u(t, ξ) =⇒ u(t, ξ) = e−t|ξ|2u0(ξ)
Ası, como u0(x) es integrable,
u(0, ξ) = u0(ξ) ∈ L∞
ademas,u(T, ξ) = e−T (ξ)2
u0(ξ)
ahora estamos en condiciones de aplicar Hardy, α = δ yβ2 = 1/T .
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Proof.
Aplicamos la transformada de Fourier a la ecuacion,
ut(t, ξ) = −ξ2u(t, ξ) =⇒ u(t, ξ) = e−t|ξ|2u0(ξ)
Ası, como u0(x) es integrable,
u(0, ξ) = u0(ξ) ∈ L∞
ademas,
u(T, ξ) = e−T (ξ)2u0(ξ)
ahora estamos en condiciones de aplicar Hardy, α = δ yβ2 = 1/T .
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Proof.
Aplicamos la transformada de Fourier a la ecuacion,
ut(t, ξ) = −ξ2u(t, ξ) =⇒ u(t, ξ) = e−t|ξ|2u0(ξ)
Ası, como u0(x) es integrable,
u(0, ξ) = u0(ξ) ∈ L∞
ademas,u(T, ξ) = e−T (ξ)2
u0(ξ)
ahora estamos en condiciones de aplicar Hardy, α = δ yβ2 = 1/T .
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
De manera analoga, usando el principio de incertidumbre deHardy en su version L2:
Proposicion 2
Si u0 ∈ L2 y e|x|2
δ2 u(T, x) ∈ L2 y δ ≤√
4T , entonces,
u0 ≡ 0.
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
De manera analoga, usando el principio de incertidumbre deHardy en su version L2:
Proposicion 2
Si u0 ∈ L2 y e|x|2
δ2 u(T, x) ∈ L2 y δ ≤√
4T , entonces,
u0 ≡ 0.
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Podemos concluir resultados parecidos para la ecuacion deSchrodinger: {
ut = i∆u
u(·, t = 0) = u0
Analogamente, si escogemos α y β adecuados, y ocurre que
u0e|y|2
α2 ∈ L2,
u(T, x)e|y|2
β2 ∈ L2;
entonces podemos aplicar el teorema de Hardy para concluir u ≡0.
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Podemos concluir resultados parecidos para la ecuacion deSchrodinger: {
ut = i∆u
u(·, t = 0) = u0
Analogamente, si escogemos α y β adecuados, y ocurre que
u0e|y|2
α2 ∈ L2,
u(T, x)e|y|2
β2 ∈ L2;
entonces podemos aplicar el teorema de Hardy para concluir u ≡0.
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Podemos concluir resultados parecidos para la ecuacion deSchrodinger: {
ut = i∆u
u(·, t = 0) = u0
Analogamente, si escogemos α y β adecuados, y ocurre que
u0e|y|2
α2 ∈ L2,
u(T, x)e|y|2
β2 ∈ L2;
entonces podemos aplicar el teorema de Hardy para concluir u ≡0.
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Contenidos
1 Principio de incertidumbreFormulacion abstractaEjemplos
2 Transformada de Fourier
3 Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-Price
4 Aplicacion a la ecuacion del calor
5 Ecuacion del calor con potencial
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Consideramos la siguiente variacion de la ecuacion del calor{ut = ∆u+ V u,
u(·, t = 0) = u0,
con V ∈ L∞(Rn × [0, T ]).
¿Que podemos concluir en este caso?
Si intentamos procedemos analogamente al caso V = 0
No sabemos si V es analıtico.
No podemos expresar (V u) solo en terminos de u.
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Consideramos la siguiente variacion de la ecuacion del calor{ut = ∆u+ V u,
u(·, t = 0) = u0,
con V ∈ L∞(Rn × [0, T ]).
¿Que podemos concluir en este caso?
Si intentamos procedemos analogamente al caso V = 0
No sabemos si V es analıtico.
No podemos expresar (V u) solo en terminos de u.
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Consideramos la siguiente variacion de la ecuacion del calor{ut = ∆u+ V u,
u(·, t = 0) = u0,
con V ∈ L∞(Rn × [0, T ]).
¿Que podemos concluir en este caso?
Si intentamos procedemos analogamente al caso V = 0
No sabemos si V es analıtico.
No podemos expresar (V u) solo en terminos de u.
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Consideramos la siguiente variacion de la ecuacion del calor{ut = ∆u+ V u,
u(·, t = 0) = u0,
con V ∈ L∞(Rn × [0, T ]).
¿Que podemos concluir en este caso?
Si intentamos procedemos analogamente al caso V = 0
No sabemos si V es analıtico.
No podemos expresar (V u) solo en terminos de u.
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Consideramos la siguiente variacion de la ecuacion del calor{ut = ∆u+ V u,
u(·, t = 0) = u0,
con V ∈ L∞(Rn × [0, T ]).
¿Que podemos concluir en este caso?
Si intentamos procedemos analogamente al caso V = 0
No sabemos si V es analıtico.
No podemos expresar (V u) solo en terminos de u.
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Lema abstracto
Lema 1
Sean A y S dos operadores antisimetrico y simetrico resp.
Sea ψ una solucion de
ψt = (S +A)ψ.
Si [S,A] = SA −AS ≥0, entonces la funcion
||ψ(t)||2L2
es logarıtmicamente convexa.
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Lema abstracto
Lema 1
Sean A y S dos operadores antisimetrico y simetrico resp.Sea ψ una solucion de
ψt = (S +A)ψ.
Si [S,A] = SA −AS ≥0, entonces la funcion
||ψ(t)||2L2
es logarıtmicamente convexa.
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Lema abstracto
Lema 1
Sean A y S dos operadores antisimetrico y simetrico resp.Sea ψ una solucion de
ψt = (S +A)ψ.
Si [S,A] = SA −AS ≥0, entonces la funcion
||ψ(t)||2L2
es logarıtmicamente convexa.
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Prueba del lema (I)
Denotamos H(t) := ||ψ(t)||2L2 = 〈ψ,ψ〉.H(t) =
〈ψt, ψ〉+ 〈ψ,ψt〉 = 〈(S +A)ψ,ψ〉+ 〈(ψ,S +A)ψ〉 =〈(S +A)ψ,ψ〉+ 〈(S −A)ψ,ψ〉 = 2〈Sψ,ψ〉H(t) = 2〈Sψt, ψ〉+ 2〈Sψ,ψt〉 = 2〈(S +A)ψ,Sψ〉+2〈Sψ, (S +A)ψ〉 = 4〈Sψ,Sψ〉+ 2〈(SA −AS)ψ,ψ〉
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Prueba del lema (I)
Denotamos H(t) := ||ψ(t)||2L2 = 〈ψ,ψ〉.H(t) = 〈ψt, ψ〉+ 〈ψ,ψt〉 =
〈(S +A)ψ,ψ〉+ 〈(ψ,S +A)ψ〉 =〈(S +A)ψ,ψ〉+ 〈(S −A)ψ,ψ〉 = 2〈Sψ,ψ〉H(t) = 2〈Sψt, ψ〉+ 2〈Sψ,ψt〉 = 2〈(S +A)ψ,Sψ〉+2〈Sψ, (S +A)ψ〉 = 4〈Sψ,Sψ〉+ 2〈(SA −AS)ψ,ψ〉
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Prueba del lema (I)
Denotamos H(t) := ||ψ(t)||2L2 = 〈ψ,ψ〉.H(t) = 〈ψt, ψ〉+ 〈ψ,ψt〉 = 〈(S +A)ψ,ψ〉+ 〈(ψ,S +A)ψ〉 =
〈(S +A)ψ,ψ〉+ 〈(S −A)ψ,ψ〉 = 2〈Sψ,ψ〉H(t) = 2〈Sψt, ψ〉+ 2〈Sψ,ψt〉 = 2〈(S +A)ψ,Sψ〉+2〈Sψ, (S +A)ψ〉 = 4〈Sψ,Sψ〉+ 2〈(SA −AS)ψ,ψ〉
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Prueba del lema (I)
Denotamos H(t) := ||ψ(t)||2L2 = 〈ψ,ψ〉.H(t) = 〈ψt, ψ〉+ 〈ψ,ψt〉 = 〈(S +A)ψ,ψ〉+ 〈(ψ,S +A)ψ〉 =〈(S +A)ψ,ψ〉+ 〈(S −A)ψ,ψ〉 = 2〈Sψ,ψ〉
H(t) = 2〈Sψt, ψ〉+ 2〈Sψ,ψt〉 = 2〈(S +A)ψ,Sψ〉+2〈Sψ, (S +A)ψ〉 = 4〈Sψ,Sψ〉+ 2〈(SA −AS)ψ,ψ〉
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Prueba del lema (I)
Denotamos H(t) := ||ψ(t)||2L2 = 〈ψ,ψ〉.H(t) = 〈ψt, ψ〉+ 〈ψ,ψt〉 = 〈(S +A)ψ,ψ〉+ 〈(ψ,S +A)ψ〉 =〈(S +A)ψ,ψ〉+ 〈(S −A)ψ,ψ〉 = 2〈Sψ,ψ〉H(t) = 2〈Sψt, ψ〉+ 2〈Sψ,ψt〉 = 2〈(S +A)ψ,Sψ〉+2〈Sψ, (S +A)ψ〉 = 4〈Sψ,Sψ〉+ 2〈(SA −AS)ψ,ψ〉
Grupo IV Ppio. de incertidumbre
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Prueba del lema (II)
Como
H(t) = 〈ψ,ψ〉H(t) = 2〈Sψ,ψ〉H(t) = 4〈Sψ,Sψ〉+ 2〈(SA −AS)ψ,ψ〉
(log(H(t)) =
(H
H
)˙ =
HH − H2
H2= . . . =
=1
〈ψ,ψ〉
[4(||Sψ||2L2 ||ψ||2L2 − 〈Sψ,ψ〉2〉
)+ 2〈(SA −AS)ψ,ψ〉
]≥︸︷︷︸C−S
2〈(SA −AS)ψ,ψ〉 ≥︸︷︷︸[S,A]≥0
0⇒ logH(t) es convexa.
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Consecuencia directa
Corolario 1
En la situacion anterior, para t ∈ (0, 1),
H(t) ≤ H(0)1−tH(1)t.
Proof.
Si log(H(t)) es convexa,
log(H(t)) ≤ (1− t) logH(t) + t logH(1) = log(H(t)1−tH(1)t)⇒⇒ H(t) ≤ H(0)1−tH(1)t.
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Consecuencia directa
Corolario 1
En la situacion anterior, para t ∈ (0, 1),
H(t) ≤ H(0)1−tH(1)t.
Proof.
Si log(H(t)) es convexa,
log(H(t)) ≤ (1− t) logH(t) + t logH(1) = log(H(t)1−tH(1)t)⇒⇒ H(t) ≤ H(0)1−tH(1)t.
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Aplicamos el lema (I)
Si u es solucion de ut = ∆u y consideramos v(x) := u(x)e|x|2/2,
despues de unos calculos, podemos ver que
vt = . . . = (|x|2 − 2x∇− 1 + ∆)v.
Entonces, podemos escribir
vt = (S +A)v,
para
{S = (∆ + |x|2),
A = −(2x∇+ 1).⇒ [S,A] = −4∆ + 4 |x|2
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Aplicamos el lema (I)
Si u es solucion de ut = ∆u y consideramos v(x) := u(x)e|x|2/2,
despues de unos calculos, podemos ver que
vt = . . . = (|x|2 − 2x∇− 1 + ∆)v.
Entonces, podemos escribir
vt = (S +A)v,
para
{S = (∆ + |x|2),
A = −(2x∇+ 1).
⇒ [S,A] = −4∆ + 4 |x|2
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Principio de incertidumbreTransformada de Fourier
Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Aplicamos el lema (I)
Si u es solucion de ut = ∆u y consideramos v(x) := u(x)e|x|2/2,
despues de unos calculos, podemos ver que
vt = . . . = (|x|2 − 2x∇− 1 + ∆)v.
Entonces, podemos escribir
vt = (S +A)v,
para
{S = (∆ + |x|2),
A = −(2x∇+ 1).⇒ [S,A] = −4∆ + 4 |x|2
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Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Aplicamos el lema (II)
Entonces,
〈(SA −AS)ψ,ψ〉 = −4〈∆ψ,ψ〉+ 4〈x2ψ,ψ〉 =
= 4〈∇ψ,∇ψ〉+ 4〈xψ, xψ〉 =
= 4(||∇ψ||2L2 + ||xψ||2L2
)≥
≥︸︷︷︸Heis.
4 ||ψ||2L2 ≥ 0⇒ [S,A] ≥ 0
Por el lema anteriormente visto,
||ψ(t)||2L2 ≤(||ψ(0)||2L2
)1−t (||ψ(1)||2L2
)tt ∈ (0, 1).
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Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Aplicamos el lema (II)
Entonces,
〈(SA −AS)ψ,ψ〉 = −4〈∆ψ,ψ〉+ 4〈x2ψ,ψ〉 =
= 4〈∇ψ,∇ψ〉+ 4〈xψ, xψ〉 =
= 4(||∇ψ||2L2 + ||xψ||2L2
)≥
≥︸︷︷︸Heis.
4 ||ψ||2L2 ≥ 0⇒ [S,A] ≥ 0
Por el lema anteriormente visto,
||ψ(t)||2L2 ≤(||ψ(0)||2L2
)1−t (||ψ(1)||2L2
)tt ∈ (0, 1).
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Principios de incertidumbre de Hardy y Cowling-PriceAplicacion a la ecuacion del calorEcuacion del calor con potencial
Bibliography
L. Vega, Mecanica cuantica, principio de incertidumbre,ecuacion de Schrodinger, ecuacion de Dirac (notas decurso).
M. Cowling, L. Escauriaza, C. E. Kenig, G. Ponce y L.Vega, The Hardy uncertainty principle revisited (2010).
E. Stein y R. Shakarchi, Complex analysis, Princeton lect.in Analysis, cap. 4 (2007).
E. Stein y R. Shakarchi, Fourier analysis, Princeton lect. inAnalysis (2007).
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