Apakah Kamiran Gaussian?

∫₋∞^∞ e^(−x²) dx = √π
√π ≈ 1.7724538509. Bukti menggunakan koordinat kutub dalam 2D.

Fungsi e^(−x²) ialah lengkung loceng: ia mencapai puncak 1 apabila x = 0 dan jatuh secara simetri ke arah 0 di kedua-dua arah. Luas di bawahnya di seluruh garis nyata ialah tepat √π ≈ 1.7724. Ini luar biasa: e dan π, yang biasanya muncul dalam konteks berasingan, bersatu dalam kamiran paling asas dalam teori kebarangkalian.

Lengkung loceng e^(−x²): luas = √π
1.2e-40.330.671e^(−x²)-3-113x

Kamiran e^(−x²) ke atas semua x ialah √π ≈ 1.7725. Inilah kamiran Gaussian. Punca kuasa duanya, dibahagi dengan √(2π), memberikan lengkung taburan normal piawai.

Buktinya ialah salah satu helah paling elegan dalam matematik. Ambil I = ∫e^(−x²)dx. Kira I² dengan menulisnya sebagai kamiran ganda dua ke atas x dan y, kemudian tukar kepada koordinat kutub r, θ. Pengamiran menjadi e^(−r²) dan unsur luas menjadi r·dr·dθ. Faktor r menjadikan kamiran itu mudah: ∫₀^∞ re^(−r²)dr = 1/2. Mendarab dengan ∫₀^(2π) dθ = 2π memberikan I² = π, jadi I = √π.

Rumus taburan normal
f(x) = (1/σ√(2π)) · e^(−(x−μ)²/2σ²)
σ = sisihan piawai, μ = min
Faktor penormalan 1/√(2π) datang terus daripada kamiran Gaussian: ∫e^(−x²)dx = √π.

Taburan normal, teorem had pusat, fungsi gelombang kuantum (yang menggunakan paket gelombang Gaussian), dan penghampiran Stirling bagi faktorial semuanya bergantung pada kamiran tunggal ini. Nilai √π muncul di mana-mana e^(−x²) diintegralkan, dan itu ternyata berlaku hampir di seluruh kebarangkalian berterusan.

Helah kuasa dua: ∫e^(−x²)dx = √π
I² = ∫∫ e^(−x²−y²) dx dy = ∫₀^∞ e^(−r²) 2πr dr = π
Langkah 1: Kuasakan dua I – tukar kepada kamiran ganda dua ke atas satah
Langkah 2: Tukar kepada koordinat kutub (r, θ) – kamiran θ memberikan 2π
Langkah 3: Ganti u = r² – kamiran r memberikan 1/2. Maka I² = π, jadi I = √π.
Topik berkaitan
Pi E Teorem Asas Kalkulus
Fakta utama tentang Kamiran Gaussian

Kamiran Gaussian ialah kamiran dari -tak terhingga hingga +tak terhingga bagi e^(-x^2) dx = √π. Bukti elegan ini mengkuasakan dua kamiran, menukarkannya kepada koordinat kutub, dan menilainya secara tepat. Inilah pengiraan utama di sebalik taburan normal: ketumpatan kebarangkalian (1/√(2π))*e^(-x^2/2) berkamir kepada 1. Fungsi Gaussian muncul dalam mekanik kuantum, resapan haba, penghampiran Stirling, dan teorem had pusat.

Digunakan dalam
Matematik
Fizik
Teknik
🧬Biologi
💻Ilmu Komputer
📊Statistik
📈Kewangan
🎨Seni
🏛Seni bina
Muzik
🔐Kriptografi
🌌Astronomi
Kimia
🦉Falsafah
🗺Geografi
🌿Ekologi
Want to test your knowledge?
Question
Bagaimanakah kamiran Gaussian muncul dalam resapan haba?
tap · space
1 / 10