ディラックのデルタ関数


 


ディラックのデルタ関数δ(x)とは、次の性質をもつ超関数のことである。


  


 


このディラックのデルタ関数の性質を調べるためには、通常の微分積分の範囲を超える数学の知識が必要になるので、物理の本を参考にして、デルタ関数の性質をいくつか紹介することにする。


 


まず、


  


x≠0ではδ(x)=0だから、x≠0f(x)の値は積分の値に無関係で寄与しない。


したがって、


  


 


また、


  


である。


これは、x–a=tとおくと、x=t+a


  


この積分の値に関係するのは、 (1)からt=0のときのf(t+a)の値。


したがって、


  


 


次に


  


である。


f(x)を任意の関数とする。


  


よって、


  


である。


 


さらに、


  


f(x)を任意の関数にすると、


  


t=−xとおくと、x=−tだから、x=−∞t=∞x=∞t=−∞に対応する。


また、dx=−dtだから


  


したがって、


  


である。


 


さらにさらに、


  


f(x)を任意の関数とする。


  


を考える。ax=tとおくと、dx=dt/aだから


  


よって、


  


である。


 


最後に、デルタ関数の微分


  


f(x)を任意の関数とし、次の積分を考える。


  


x=tとおくと、


  


これに部分積分を施すと、


  


また、


  


したがって、任意の関数f(x)について


  


 


以上のことをまとめると、ディラックのデルタ関数には次のような性質がある。


  


 


(ⅰ)はデルタ関数δ(x)が偶関数であることを表し、デルタ関数の導関数δ'(x)が奇関数であることを表している。


 


 


ディラックのデルタ関数は、正規分布の密度関数


  


の極限で与えられることが知られている。


したがって、デルタ関数は正規分布の密度関数の一種と考えることができる。