رياضيات

الدالة الأسية

الدالة الأسية — من تشريح الصيغة
2 مقالات ذات صلة · 5 صيغ

الوصف

الدالة الأسية، التي تُكتب غالبًا بصيغة exp(x) أو e^x، هي دالة رياضية يكون فيها معدل النمو متناسبًا مع القيمة الحالية. تُعرَّف بأنها الدالة الوحيدة التي تساوي مشتقتها، بأساس e (يساوي تقريبًا 2.71828). تظهر هذه الدالة في جميع أنحاء الفيزياء كلما تغيرت كمية بمعدل يتناسب مع ذاتها، مثل الاضمحلال الإشعاعي، أو النمو السكاني، أو تبريد جسم ساخن.

التاريخ

أدخل ليونارد أويلر الدالة الأسية في القرن الثامن عشر، وهو أيضًا من أسس العلاقة e^(iπ) + 1 = 0، التي تربطها بعلم المثلثات والأعداد المركبة.

كيف يعمل

يمكن تعريف الدالة الأسية بواسطة المتسلسلة اللانهائية e^x = 1 + x + x^2/2! + x^3/3! + ...، والتي تتقارب لجميع القيم الحقيقية والمركبة لـ x. خاصيتها المميزة، d/dx e^x = e^x، تجعلها حلًا للمعادلة التفاضلية dy/dx = ky، حيث k ثابت. تصف هذه المعادلة العمليات التي يكون فيها معدل التغير متناسبًا مع الكمية الموجودة، مما يؤدي إلى نمو أسي (k>0) أو اضمحلال أسي (k<0).

في التطبيق

تُستخدم الدوال الأسية في الفيزياء لوصف الاضمحلال الإشعاعي، وتفريغ المكثف، والضغط الجوي مع الارتفاع، والتطور الزمني للحالات الكمومية في صورة دوال أسية مركبة.

حقيقة طريفة

الدالة الأسية مهمة جدًا لدرجة أنها تظهر في معادلة شرودنغر، حيث يُعطى التطور الزمني للحالة الكمومية بدالة أسية مركبة للمؤثر هاملتوني.

Concept graph →

صيغ

$$\mathcal{L} = \prod_i \exp\left( -\frac{1}{2} \left[ \frac{f(x_i) - y_i}{\sigma_i} \right]^2 \right)$$
Probability of observed data given a model with Gaussian errors.
ما في الصيغة
f(x_i)متغيرmodel prediction at input x_i — قيمة دالة
y_iمتغيرobserved data point — data value
σ_iمتغيرstandard deviation of measurement error — انحراف معياري
∏مؤثرProduct over all data points i — مشغل الضرب
expمؤثرExponential function — الدالة الأسية
$$\frac{N_i}{N} = \frac{g_i e^{-E_i/kT}}{Q}$$
Probability of a state in thermal equilibrium.
ما في الصيغة
N_iمتغيرNumber of particles in state i — عدد الجسيمات
NمتغيرTotal number of particles — عدد الجسيمات
g_iمتغيرDegeneracy of state i — انحلال
E_iمتغيرEnergy of state i — طاقة joule
TمتغيرAbsolute temperature — درجة الحرارة kelvin
kثابتRelates energy to temperature at the particle level — ثابت بولتزمان = 1.380649e-23 joule per kelvin
e^{-E_i/kT}مؤثرExponential of the negative energy over kT — الدالة الأسية
$$k(x, x') = \sigma^2 \exp\left(-\frac{(x-x')^2}{2\ell^2}\right)$$
Gaussian covariance function for smoothness in Gaussian processes.
ما في الصيغة
xمتغيرinput point — input variable
x'متغيرanother input point — input variable
σمتغيرsignal amplitude — سعة
ℓمتغيرlength scale — length scale
expمؤثرraises e to the given power — الدالة الأسية
$$s(\zeta; a) = \frac{1}{1+\exp(-\zeta/a)}$$
Smooth approximation to the indicator function with steepness parameter.
ما في الصيغة
sمتغيرsigmoid function value — sigmoid function
ζمتغيرinput argument — argument
aمتغيرsteepness parameter — steepness parameter
expمؤثرraises e to the given power — الدالة الأسية
$$P(v) = \sqrt{\frac{2}{\pi}} \frac{v^2}{\sigma^3} \exp\left(-\frac{v^2}{2\sigma^2}\right)$$
Probability distribution of speeds in an ideal gas.
ما في الصيغة
P(v)متغيرProbability density of speed v — probability density second per metre
vمتغيرSpeed of a particle — سرعة metre per second
σمتغيرScale parameter related to temperature — speed scale metre per second
expمؤثرExponential function — الدالة الأسية
√مؤثرSquare root — جذر تربيعي

مقالات ذات صلة · 2

البعوض يعيد كتابة جدوله الحياتي في 15 جيلاً
مدينة في ذروة الحرّ تعيد ترتيب جدول مواصلاتها: رحلات أقل، لكن كل حافلة تعمل مدة أطول وتتعطل أقل. وعلى نحو قريب من ذلك، تعيد بعوضة النمر الآسيوية Aedes albopictus ترتيب جدولها الحياتي حين تزحف حرارة محيطها إلى الأعلى. في المختبر، أُبقيت البعوضة ثلاثة أعوام في حرّ استوائي: 32°C نهاراً و26°C ليلاً، وكان الباحثون يفحصون كل خمسة أجيال كيف تتغير أبدانها وسلوكياتها.
العضلة تشيخ من الأطراف: ما الذي يُغلق في الكروماتين
تخيّل لوحة تحكم للعضلة تُنزع منها الأزرار مع التقدم في العمر. أولًا تختفي الأزرار المسؤولة عن الاستجابة للهرمونات، ثم تلك التي تُشغّل الاستعادة بعد الجهد. وقد درس الباحثون نوى خلايا من خزعات العضلة الفخذية الواسعة الجانبية لدى 287 متبرعًا تتراوح أعمارهم بين 20 و79 عامًا، ورأوا كيف تختفي هذه الأزرار بالضبط على مستوى تغليف DNA. في كل خلية يُلفّ DNA في بنية كثيفة تُسمى الكروماتين (chromatin).