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積分方程式

未知関数が積分の中に現れるような方程式 ウィキペディアから

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積分方程式(せきぶんほうていしき、Integral equation)は、数学において、未知の関数積分の中に現れるような方程式である[1][2][3][4][5][6]。積分方程式と微分方程式には密接な関係があり、そのどちらでも問題を定式化することができる場合もある[1][2]

積分方程式は次の3種類の分類方法がある[1][2][3]。この分類によれば、8種類の積分方程式が存在する。

  1. 積分の上限および下限が固定の場合、フレドホルム積分方程式と呼ばれる。また、積分の上限・下限の片方が変数の場合、ヴォルテラ積分方程式と呼ばれる[7][8]
  2. 未知の関数が積分の中にのみ現れる場合、第一種積分方程式と呼ばれ[3]、未知の関数が積分の中にも外にも現れる場合、第二種積分方程式と呼ばれる[3]
  3. 既知の関数 f (下記参照)が恒等的に 0 の場合、同次積分方程式と呼ばれ、f が 0 でない場合、非同次積分方程式と呼ばれる。

4種類の積分方程式(同次・非同次方程式をまとめた)の例として以下のように書ける。 ただし は未知の関数、f は既知の関数、K は既知の2変数関数で積分核と呼ばれる。λ は未知の係数で、線型代数学における固有値と同じ役割をする。

第一種フレドホルム積分方程式:
第二種フレドホルム積分方程式:
第一種ヴォルテラ積分方程式:
第二種ヴォルテラ積分方程式:

積分方程式は多くの応用において重要である[1][2][3][4][5][6]。積分方程式に出会う問題としては、弦や膜、棒における放射エネルギー変換や振動などが挙げられる。振動問題は微分方程式によって解かれることもある。

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固有値問題の一般化としての積分方程式

要約
視点

ある種の斉次線型積分方程式は、固有値問題の連続極限とみなすことができる。固有値問題は、 を行列、 を固有ベクトル、 を対応する固有値として、

と書くことができる。

添字 を連続変数 で置き換えて連続極限を取ると、 に関する総和は に関する積分、行列 とベクトル はそれぞれ積分核 固有関数 に置き換えられて、線型斉次第二種フレドホルム積分方程式

が得られる。

一般に、超関数であってもよい。超関数 でのみ台 (support) を持つ場合は、微分方程式の固有値問題に帰着される。

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出典

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参考文献

関連項目

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外部リンク

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