आवर्ती फलन

Not to be confused with periodic mapping.

"Period length" redirects here. Not to be confused with repeating decimal.

"Aperiodic" and "Non-periodic" redirect here. For other uses, see Aperiodic (disambiguation).

एक आवधिक कार्य एक ऐसा कार्य (गणित) है जो नियमित अंतराल पर अपने मूल्यों को दोहराता है। उदाहरण के लिए, त्रिकोणमितीय कार्य, जो के अंतराल पर दोहराते हैं $2\pi$ कांति, आवधिक कार्य हैं। आवधिक कार्यों का उपयोग पूरे विज्ञान में दोलनों, तरंगों और आवृत्ति को प्रदर्शित करने वाली अन्य घटनाओं का वर्णन करने के लिए किया जाता है। कोई भी कार्य जो आवधिक नहीं है, एपेरियोडिक कहलाता है।

अवधि के साथ एक आवधिक कार्य का एक उदाहरण $P.$

परिभाषा

एक समारोह f कुछ अशून्य स्थिरांक के लिए, आवधिक होने के लिए कहा जाता है P, आलम यह है कि

$f(x+P)=f(x)$

के सभी मूल्यों के लिए x डोमेन में। एक अशून्य स्थिरांक P जिसके लिए यह स्थिति है उसे फलन की अवधि कहते हैं। अगर कम से कम सकारात्मक मौजूद है लगातार P इस संपत्ति के साथ, इसे मौलिक अवधि (आदिम अवधि, मूल अवधि, या प्रमुख अवधि भी कहा जाता है।) अक्सर, किसी फ़ंक्शन की अवधि का उपयोग इसकी मौलिक अवधि के लिए किया जाता है। अवधि के साथ एक समारोह P लंबाई के अंतराल पर दोहराएगा P, और इन अंतरालों को कभी-कभी फलन की अवधियों के रूप में भी संदर्भित किया जाता है।

ज्यामितीय रूप से, एक आवर्त फलन को एक ऐसे फलन के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जिसका ग्राफ स्थानांतरीय समरूपता प्रदर्शित करता है, अर्थात एक फलन f अवधि के साथ आवधिक है P अगर का ग्राफ f में अनुवाद (ज्यामिति) के तहत अपरिवर्तनीय (गणित) है x-दिशा की दूरी से P. आवधिकता की इस परिभाषा को अन्य ज्यामितीय आकृतियों और पैटर्नों तक बढ़ाया जा सकता है, साथ ही उच्च आयामों के लिए सामान्यीकृत किया जा सकता है, जैसे कि विमान के आवधिक चौकोर। एक अनुक्रम (गणित) को प्राकृतिक संख्याओं पर परिभाषित एक फ़ंक्शन के रूप में भी देखा जा सकता है, और आवधिक अनुक्रम के लिए इन धारणाओं को तदनुसार परिभाषित किया जाता है।

उदाहरण

साइन फ़ंक्शन का एक ग्राफ़, दो पूर्ण अवधियों को दर्शाता है

वास्तविक संख्या उदाहरण

साइन समारोह अवधि के साथ आवधिक है $2\pi$, जबसे

$\sin(x+2\pi )=\sin x$

के सभी मूल्यों के लिए $x$. यह फ़ंक्शन लंबाई के अंतराल पर दोहराता है $2\pi$ (दाईं ओर ग्राफ देखें)।

हर दिन के उदाहरण देखे जाते हैं जब चर समय होता है; उदाहरण के लिए घड़ी की सूइयाँ या चन्द्रमा की कलाएँ आवधिक व्यवहार दर्शाती हैं। 'आवधिक गति' वह गति है जिसमें तंत्र की स्थिति (ओं) को आवधिक कार्यों के रूप में अभिव्यक्त किया जा सकता है, सभी समान अवधि के साथ।

वास्तविक संख्याओं या पूर्णांकों पर एक फ़ंक्शन के लिए, इसका मतलब है कि किसी फ़ंक्शन का पूरा ग्राफ़ एक विशेष भाग की प्रतियों से बनाया जा सकता है, नियमित अंतराल पर दोहराया जाता है।

आवधिक कार्य का एक सरल उदाहरण कार्य है $f$ जो इसके तर्क का आंशिक हिस्सा देता है। इसकी अवधि 1 है। विशेष रूप से,

$f(0.5)=f(1.5)=f(2.5)=\cdots =0.5$

समारोह का ग्राफ $f$ आरी की लहर है।

का एक प्लॉट $f(x)=\sin(x)$ तथा $g(x)=\cos(x)$; दोनों कार्य अवधि के साथ आवधिक हैं $2\pi$.

त्रिकोणमितीय कार्य साइन और कोसाइन अवधि के साथ सामान्य आवधिक कार्य हैं $2\pi$ (दाईं ओर की आकृति देखें)। फूरियर श्रृंखला का विषय इस विचार की जांच करता है कि एक 'मनमाना' आवधिक कार्य मिलान अवधियों के साथ त्रिकोणमितीय कार्यों का योग है।

ऊपर दी गई परिभाषा के अनुसार, कुछ विदेशी फलन, उदाहरण के लिए डिरिचलेट समारोह भी आवर्ती होते हैं; डिरिचलेट फलन के मामले में, कोई भी शून्येतर परिमेय संख्या एक आवर्त है।

जटिल संख्या उदाहरण

जटिल विश्लेषण का उपयोग करके हमारे पास सामान्य अवधि का कार्य है:

$e^{ikx}=\cos kx+i\,\sin kx.$

चूँकि कोज्या और ज्या दोनों फलन आवर्त के साथ आवर्ती होते हैं $2\pi$, जटिल घातांक कोसाइन और साइन तरंगों से बना है। इसका अर्थ है कि यूलर के सूत्र (ऊपर) में यह गुण है कि यदि $L$ समारोह की अवधि है, तो

$L={\frac {2\pi }{k}}.$

डबल-आवधिक कार्य

एक फ़ंक्शन जिसका डोमेन सम्मिश्र संख्या है, स्थिर न होकर दो समानुपातिक अवधि हो सकती है। अण्डाकार कार्य ऐसे कार्य हैं। (इस संदर्भ में असंगत का मतलब एक दूसरे के वास्तविक गुणक नहीं हैं।)

गुण

आवधिक कार्य कई बार मान ले सकते हैं। अधिक विशेष रूप से, यदि कोई फ़ंक्शन $f$ अवधि के साथ आवधिक है $P$, तो सभी के लिए $x$ के अधिकार क्षेत्र में $f$ और सभी सकारात्मक पूर्णांक $n$,

$f(x+nP)=f(x)$

यदि $f(x)$ अवधि के साथ एक कार्य है $P$, फिर $f(ax)$, कहाँ पे $a$ एक गैर-शून्य वास्तविक संख्या है जैसे कि $ax$ के अधिकार क्षेत्र में है $f$, अवधि के साथ आवधिक है ${\textstyle {\frac {P}{a}}}$. उदाहरण के लिए, $f(x)=\sin(x)$ अवधि है $2\pi$ इसलिए $\sin(5x)$ अवधि होगी ${\textstyle {\frac {2\pi }{5}}}$.

कुछ आवधिक कार्यों को फूरियर श्रृंखला द्वारा वर्णित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एलपी स्पेस | एल के लिए² कार्य करता है, कार्लसन के प्रमेय में कहा गया है कि उनके पास लगभग हर जगह अभिसरण फूरियर श्रृंखला एक बिंदुवार (लेबेस्गु माप) है। फूरियर श्रृंखला का उपयोग केवल आवधिक कार्यों के लिए या सीमित (कॉम्पैक्ट) अंतराल पर कार्यों के लिए किया जा सकता है। यदि $f$ अवधि के साथ एक आवधिक कार्य है $P$ जिसे फूरियर श्रृंखला द्वारा वर्णित किया जा सकता है, श्रृंखला के गुणांकों को लंबाई के अंतराल पर एक अभिन्न द्वारा वर्णित किया जा सकता है $P$.

कोई भी कार्य जिसमें समान अवधि के साथ केवल आवधिक कार्य होते हैं, वह भी आवधिक होता है (अवधि बराबर या छोटी के साथ), जिसमें शामिल हैं:

• जोड़, घटाव, गुणा और आवधिक कार्यों का विभाजन, और
• किसी आवधिक फलन की शक्ति या जड़ लेना (बशर्ते यह सभी के लिए परिभाषित हो $x$).

सामान्यीकरण

एंटीपीरियोडिक फ़ंक्शन

आवधिक कार्यों का एक सबसेट एंटीपेरियोडिक कार्यों का है। यह एक समारोह है $f$ ऐसा है कि $f(x+P)=-f(x)$ सभी के लिए $x$. उदाहरण के लिए, साइन और कोसाइन फ़ंक्शन हैं $\pi$-एंटीपीरियोडिक और $2\pi$-आवधिक। जबकि एक $P$-एंटीपीरियोडिक फ़ंक्शन एक है $2P$-आवधिक कार्य, बातचीत (तर्क) जरूरी सच नहीं है।

बलोच-आवधिक कार्य

बलोच के प्रमेय और फ्लॉकेट सिद्धांत के संदर्भ में एक और सामान्यीकरण प्रकट होता है, जो विभिन्न आवधिक अंतर समीकरणों के समाधान को नियंत्रित करता है। इस संदर्भ में, समाधान (एक आयाम में) विशिष्ट रूप से प्रपत्र का एक कार्य है

$f(x+P)=e^{ikP}f(x)~,$

कहाँ पे $k$ एक वास्तविक या जटिल संख्या है (बलोच वेववेक्टर या फ्लॉकेट एक्सपोनेंट)। इस रूप के कार्यों को इस संदर्भ में कभी-कभी 'ब्लोच-आवधिक' कहा जाता है। एक आवधिक कार्य विशेष मामला है $k=0$, और एक एंटीपीरियोडिक फ़ंक्शन विशेष मामला है $k=\pi /P$. जब भी $kP/\pi$ तर्कसंगत है, कार्य भी आवधिक है।

डोमेन के रूप में भाग स्थान

संकेत का प्रक्रमण में आप समस्या का सामना करते हैं, कि फूरियर श्रृंखला आवधिक कार्यों का प्रतिनिधित्व करती है और फूरियर श्रृंखला घुमाव प्रमेयों को संतुष्ट करती है (अर्थात फूरियर श्रृंखला का कनवल्शन, प्रस्तुत आवधिक कार्य के गुणन से मेल खाती है और इसके विपरीत), लेकिन आवधिक कार्यों को सामान्य परिभाषा के साथ नहीं जोड़ा जा सकता है, चूंकि शामिल इंटीग्रल अलग हो जाते हैं। एक संभावित तरीका एक सीमित लेकिन आवधिक डोमेन पर आवधिक कार्य को परिभाषित करना है। इसके लिए आप भागफल स्थान (रैखिक बीजगणित) की धारणा का उपयोग कर सकते हैं:

${\mathbb {R} /\mathbb {Z} }=\{x+\mathbb {Z} :x\in \mathbb {R} \}=\{\{y:y\in \mathbb {R} \land y-x\in \mathbb {Z} \}:x\in \mathbb {R} \}$.

यानी प्रत्येक तत्व में ${\mathbb {R} /\mathbb {Z} }$ समान भिन्नात्मक भाग साझा करने वाली वास्तविक संख्याओं का एक तुल्यता वर्ग है। इस प्रकार एक समारोह पसंद है $f:{\mathbb {R} /\mathbb {Z} }\to \mathbb {R}$ 1-आवधिक फलन का निरूपण है।

अवधि की गणना

आरोपित आवृत्तियों से मिलकर एक वास्तविक तरंग पर विचार करें, एक सेट में मौलिक आवृत्ति के अनुपात के रूप में व्यक्त किया गया है, f: F = 1⁄f [एफ₁ f₂ f₃ ... एफ_N] जहां सभी गैर-शून्य तत्व ≥1 और सेट के कम से कम एक तत्व 1 है। अवधि, टी खोजने के लिए, पहले सेट में सभी तत्वों का कम से कम सामान्य भाजक खोजें। अवधि को टी = के रूप में पाया जा सकता है LCD⁄f. विचार करें कि एक साधारण साइनसॉइड के लिए, T = 1⁄f. इसलिए, एलसीडी को आवधिकता गुणक के रूप में देखा जा सकता है।

• पश्चिमी प्रमुख पैमाने के सभी नोटों का प्रतिनिधित्व करने वाले सेट के लिए: [1 9⁄8 5⁄4 4⁄3 3⁄2 5⁄3 15⁄8] एलसीडी 24 है इसलिए टी = 24⁄f.
• एक प्रमुख त्रय के सभी नोटों का प्रतिनिधित्व करने वाले सेट के लिए: [1 5⁄4 3⁄2] एलसीडी 4 है इसलिए टी = 4⁄f.
• लघु त्रय के सभी नोटों का प्रतिनिधित्व करने वाले सेट के लिए: [1 6⁄5 3⁄2] एलसीडी 10 है इसलिए टी = 10⁄f.

यदि कोई भी सामान्य भाजक मौजूद नहीं है, उदाहरण के लिए यदि उपरोक्त तत्वों में से एक अपरिमेय है, तो तरंग आवधिक नहीं होगी।

यह भी देखें

• Almost periodic function
• Amplitude
• Continuous wave
• Definite pitch
• Double Fourier sphere method
• Doubly periodic function
• Fourier transform for computing periodicity in evenly spaced data
• Frequency
• Frequency spectrum
• Least-squares spectral analysis for computing periodicity in unevenly spaced data
• Periodic sequence
• Periodic summation
• Periodic travelling wave
• Quasiperiodic function
• Seasonality
• Secular variation
• Wavelength
• List of periodic functions

संदर्भ

• Ekeland, Ivar (1990). "One". Convexity methods in Hamiltonian mechanics. Ergebnisse der Mathematik und ihrer Grenzgebiete (3) [Results in Mathematics and Related Areas (3)]. Vol. 19. Berlin: Springer-Verlag. pp. x+247. ISBN 3-540-50613-6. MR 1051888.

बाहरी संबंध

• "Periodic function", Encyclopedia of Mathematics, EMS Press, 2001 [1994]
• Periodic functions at MathWorld