10.1一些四元數積分公式的導出(1 / 3)

=∑[nbr2]j=0wn-2j1(i|v|)2j+i∑[(n-1)br2]j=0C2j+1nwn-2j-11(-1)j|v|2j+1,(10.13)

可見(w1+i|v|)n的虛部為

∑[(n-1)br2]j=0C2j+1nwn-2j-11(-1)j|v|2j+1.(10.14)

聯合式(10.12)與式(10.13),得到

wn=Re[(w1+i|v|)n]+Im[(w1+i|v|)n]v|v|.(10.15)

所以,對於任一“實”函數f(w)=∑∞n=0λnwn,式中λn是實數,可以導出

f(w)=∑∞n=0λnRe[(w1+i|v|)n]+Im[(w1+i|v|)n]v|v|

=Re[f(w1+i|v|)]+Im[f(w1+i|v|)]v|v|.(10.16)

注意到在v的第二項是奇數,因此可以得到有關四元數指數函數的兩個等式:

exp[μw]

=Re[exp(μw1+i|μv|)]+Im[exp(μw1+i|μv|)]μv|μv|

=exp(μw1)cos(|μv|)+μv|μv|sin(|μv|)

(10.17)

exp[νw*]=(exp[νw])*

=exp(νw1)cos(|νv|)+νv|νv|sin(|νv|)*

=exp(νw1)cos(|νv|)-νv|νv|sin(|νv|).(10.18)

由於w與w*是對易的,則

exp[μw]exp[νw*]=exp[μw+νw*]

=exp[(μ+ν)w1+(μ-ν)v]

=exp[(μ+ν)w1]cos[|(μ-ν)v|]+

(μ-ν)v|(μ-ν)v|sin(|(μ-ν)v|).

(10.19)

於是,式(10.8)變為

I1=∫dw1π2exp[(μ+ν)w1+ρw21]∫d3vexp[(μ-ν)v+ρ|v|2]

=1-ρexp-(μ+ν)24ρ∫d3vπ3br2exp[(μ-ν)v+ρ|v|2].

(10.20)

式中:|v|2=24,上式右邊就是常見的正規的Gauss積分,計算它得到

∫d3vπ3br2exp[(μ-ν)v+ρ|v|2]=

∫∞04π|v|2d|v|π3br2eρ|v|2cos(λ|v|)

=2πddρ∫∞-∞dreρr2cos(λr)

=1(-ρ)3br21+λ22ρexpλ24ρ.

(10.21)

其中:λ=μ-ν.

式(10.20)的最終結果為

∫d4wπ2exp(ρ|w|2+μw+νw*)=1ρ21+(μ-ν)22ρe-μνbrρ.(10.22)

=∑[nbr2]j=0wn-2j1(i|v|)2j+i∑[(n-1)br2]j=0C2j+1nwn-2j-11(-1)j|v|2j+1,(10.13)

可見(w1+i|v|)n的虛部為