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¿Cuál es la explicación intuitiva o geométrica de las derivadas fraccionarias?

Estoy empezando a estudiar mecánica de sólidos más avanzada, en particular la comprensión de las relaciones tensión-deformación y la fluencia de los elastómeros. Una forma habitual de describir la variación de la relación mencionada a medida que el material se somete a ciclos es describir la pérdida de energía debida al cambio de entropía, y esto se describe matemáticamente mediante derivadas fraccionarias.

¿Existe una descripción intuitiva para una derivada fraccionaria? Para utilizar ejemplos de cálculo extremadamente sencillos, por intuitiva me refiero a la forma en que las derivadas se describen como tasas de cambio de una variable con respecto a otra y las integrales se describen como cambio neto. O una interpretación geométrica, como pendientes de rectas y áreas bajo curvas.

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Todd Puntos 173

Sabes que $D_x^2 \sin(ax)=-a^2\sin(x)$ tomar dos derivadas es como multiplicar por la frecuencia al cuadrado. Esta es una manera informal de decir que la derivada es una Multiplicador de Fourier . Podemos pensar en el operador Laplaciano en el espacio de Fourier como $$(-\Delta)f = [|\xi|^2\hat{f}(\xi)]^{\vee}$$ y definir así el operador $D_x^\alpha$ $$D_x^\alpha f = (-\Delta)^{\alpha/2}f = [|\xi|^\alpha\hat{f}(\xi)]^{\vee}$$ que se denomina derivada homogénea. Este operador es útil a la hora de acotar cantidades en pruebas de bondad de ciertos tipos de ecuaciones diferenciales parciales (por ejemplo).

¿Y la inversa del Laplaciano? La integración es un operador de suavizado, que puede verse en el lado de la frecuencia como una división. Si se toma $\alpha<0$ anterior se obtiene el Potencial de Riesz . Se puede pensar en este operador como una convolución espacial. La justificación de esta forma de pensar viene dada por el Desigualdad de Hardy-Littlewood-Sobolev .

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dezakin Puntos 959

Las derivadas fraccionarias son esencialmente la continuación analítica del concepto de operador diferencial (o de la antiderivada) en un operador diferintegral unificado, del mismo modo que la función gamma es la continuación analítica de la función factorial, por lo que buscar explicaciones intuitivas o geométricas no es precisamente fácil.

Se puede pensar en la velocidad como la primera derivada de la distancia y en la aceleración como la segunda derivada de la distancia, y en la derivada 3/2 como algo intermedio entre la velocidad y la aceleración, pero eso es más que nada jugar, porque sólo los órdenes diferenciales de los números enteros tienen un significado local:

https://en.wikipedia.org/wiki/Fractional_calculus#Nature_of_the_fractional_derivative

Derivada fraccionaria ¿Implicaciones/significado?

Probablemente es mejor pensar en la derivada fraccionaria como una forma especial de integral en lugar de una derivada, por lo que la mejor interpretación geométrica que puedo sugerir es su área bajo la curva multiplicada por la función gamma recíproca del orden.

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ILIV Puntos 421

En estos artículos se puede encontrar información relevante sobre la interpretación geométrica de las derivadas fraccionarias:

http://www.mathem.pub.ro/dgds/v15/D15-ta.pdf

http://www.scielo.org.mx/pdf/rmf/v60n1/v60n1a6.pdf

http://www.gauge-institute.org/calculus/FractionalCalculus.pdf

http://www.rxiv.org/pdf/1206.0005v1.pdf

Interpretación intuitiva en física, en caso de fenómenos MIXTOS cuyos modelos son unas funciones, derivadas clásicas y/o antiderivadas clásicas de las mismas. Esto conduce a un comportamiento común representado por derivadas fraccionarias. Un ejemplo claro se puede mostrar en el análisis de la impedancia eléctrica : La siguiente tabla viene de

http://fr.scribd.com/doc/14686539/The-Fractional-Derivation-La-derivation-fractionnaire

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En el artículo se analizan algunos modelos de fenómenos eléctricos mixtos: http://fr.scribd.com/doc/71923015/The-Phasance-Concept

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