qm1-script/formelsammlung.tex

%fehlt:
% Hilberraum
% Erzeuger/vernichter
% Zeitentwicklungsoperator
% Schrödingergleichung
% undendlich dim. raum
% was zum henker ist ein operator
% impulsoperator
%definition bedingte wahrscheinlichkeiten

\chapter{Notationen}
\section{Dirac-Notation}
In der Bra-Ket-Notation schreibt man die Vektoren eines Vektorraums V auch außerhalb eines Skalarprodukts mit einer spitzen Klammer als Ket $\ket{v}.$
Jedem Ket $\ket{v}$ entspricht ein Bra $\bra{v}$, das dem Dualraum $\text{V}^*$ angehört, also eine lineare Abbildung von V in den zugrundeliegenden Körper K bezeichnet. Allerdings kann nicht jedes Bra aus dem algebraischen Dualraum mit einem Ket identifiziert werden. Das Ergebnis der Operation eines Bras $\bra{v}$ auf ein Ket $\ket{w}$ wird $\braket{v}{w}$ geschrieben, womit der Zusammenhang mit der konventionellen Notation des Skalarprodukts hergestellt ist.

\subsection*{Eigenschaften}
$c_1$, $c_2$, $\in \setC$; $c^*$ ist die komplex-konjugierte Zahl zu $c$, $A$, $B$ sind lineare Operatoren

\subsubsection*{Linearität}
\equationblock{\langle\phi| \; \bigg( c_1|\psi_1\rangle + c_2|\psi_2\rangle \bigg) = c_1\langle\phi|\psi_1\rangle + c_2\langle\phi|\psi_2\rangle} \\
Mit der Addition und skalaren Multiplikation von linearen Funktionalen im Dual-Raum gilt:
\equationblock{\bigg(c_1 \langle\phi_1| + c_2 \langle\phi_2|\bigg) \; |\psi\rangle = c_1 \langle\phi_1|\psi\rangle + c_2\langle\phi_2|\psi\rangle}

\subsubsection*{Assoziativität}
Given any expression involving complex numbers, bras, kets, inner products, outer products, and/or linear operators (but not addition), written in bra-ket notation, the parenthetical groupings do not matter (i.e., the [[associative property]] holds). For example:
$< \psi| (A |\phi>) = (< \psi|A)|\phi>$
$(A|\psi>)<\phi| = A(|\psi> < \phi|$
and so forth. The expressions can thus be written, unambiguously, with no parentheses whatsoever. Note that the associative property does ''not'' hold for expressions that include non-linear operators, such as the antilinear time reversal operator in physics.

\subsubsection*{Adjungierte}
\begin{itemize}
	\item Die Adjungierte eines Bra ist der entsprechne Ket (und umgekehrt)
			\equationblock{\bra{X^\dagger} = \ket{X}}
	\item Die Adjungierte einer komplexen Zahl ist ihre komplex-konjugierte Zahl
			\equationblock{c^\dagger = c^\ast}
	\item Die Adjungierte einer Adjungierten von X ist X (wobei X alles mögliche sein kann)
			\equationblock{\sbk{X^dagger}^\dagger = X}
\end{itemize}

\subsubsection*{Beispiele}
\begin{itemize}
	\item Kets:
		\equationblock{\left(c_1|\psi_1\rangle + c_2|\psi_2\rangle\right)^\dagger = c_1^* \langle\psi_1| + c_2^* \langle\psi_2|.}
	\item Inner Product (übersetzen)
		\equationblock{< \phi | \psi >^* = < \psi|\phi>}
	\item Matrix-Elemente:
		\equationblock{< \phi| A | \psi >^* = < \psi | A^\dagger |\phi >}
		\equationblock{< \phi| A^\dagger B^\dagger | \psi >^* = < \psi | BA |\phi >}
	\item Outer Product:
		\equationblock{\left((c_1|\phi_1>< \psi_1|) + (c_2|\phi_2><\psi_2|)\right)^\dagger = (c_1^* |\psi_1>< \phi_1|) + (c_2^*|\psi_2><\phi_2|)}
\end{itemize}

\chapter{Lineare Algebra}
\section{Gruppentheorie}

\subsection{Abbildungen}

\subsubsection*{Kommutator:}
	\begin{equation} [A,B] = AB - BA \end{equation}
	Der Kommutator von g und h ist genau dann gleich dem neutralen Element, wenn g und h kommutieren. \\
	Sei $a$, $b$ und $c$ Elemente einer assoziativen Algebra und $\lambda$ ein Skalar (Element des Grundkörpers).
	\begin{enumerate}
		\item Alternierend (antisymmetrisch):
			\begin{equation} [a,b]=-[b,a] \end{equation}
		\item Linear:
			\begin{equation} [\lambda a+b,c]=\lambda [a,c] + [b,c] \end{equation}
		\item Jacobi-Identität:
			\begin{equation} [a,[b,c]]+[b,[c,a]]+[c,[a,b]]=0 \end{equation}
		\item Leibnizregel(Produktregel):
			\begin{equation} [a,bc] = [a,b]c+b[a,c] \end{equation}
	\end{enumerate}
	Aufgrund der Eigenschaften 1, 2 und 3 wird jede assoziative Algebra $A$ mit dem Kommutator als Lie-Klammer zu einer Lie-Algebra, die teilweise mit $A^-$ bezeichnet wird. \\
	Eigenschaft 4 bedeutet, daß die Abbildung $b\mapsto [a,b]$ eine Derivation ist.


\subsubsection*{Levi-Civita-Symbol}
	\begin{math}
	\varepsilon_{12\dots n} = 1 \\
	\varepsilon_{ij\dots u\dots v\dots} = -\varepsilon_{ij\dots v\dots u\dots}\\
	\varepsilon_{ij\dots u\dots u\dots} = 0 \\
	\levicivita{i,j,k} =
	\begin{cases}
		+1, & \mbox{falls }(i,j,k,\dots) \mbox{ eine gerade Permutation von } (1,2,3,\dots) \mbox{ ist,} \\
		-1, & \mbox{falls }(i,j,k,\dots) \mbox{ eine ungerade Permutation von } (1,2,3,\dots) \mbox{ ist,} \\
		0,  & \mbox{wenn mindestens zwei Indizes gleich sind.}
	\end{cases} \\
	(\vec{a} \times \vec{b})_i = \sum_{j=1}^3 \sum_{k=1}^3 \levicivita{ijk} a_j b_k \\
	\vec{a} \times \vec{b} = \levicivita{ijk} a_j b_k \vec{e_i} = \levicivita{ijk} a_i b_j \vec{e_k} \\
	\det A = \levicivita{i_1 i_2 \dots i_n} A_{1i_1} A_{2i_2} \dots A_{ni_n}	
	\end{math}
\subsubsection*{Kronecker-Delta}
	\equationblock{\krondelta{i,j} = \begin{cases} 1 & \mbox{falls } i=j \\ 0 & \mbox{falls } i \neq j \end{cases}}
	Die $n\times n$-Einheitsmatrix kann als $(\krondelta{ij})_{i,j\in\{1,\ldots,n\}}$ geschrieben werden.

\subsubsection*{Reihenentwicklungen}
	\begin{align}
		\exp(x) &= \sum_{n = 0}^{\infty} {\frac{x^n}{n!}} \\
		\sin(x) &= \sum_{n=0}^\infty (-1)^n\frac{x^{2n+1}}{(2n+1)!} \\
		\cos(x) &= \sum_{n=0}^\infty (-1)^n\frac{x^{2n}}{(2n)!}
	\end{align}

\section{Fourier-Transformation}
\hypertarget{trans_ft}{}
\subsection*{Fourier-Reihe}
\subsubsection*{Definitionen:}
\subsubsection*{Eigenschaften:}

\subsection*{Fourier-Reihe (kontinuierlich):}
\subsubsection*{Definitionen:}
\subsubsection*{Eigenschaften:}

\subsection*{kontinuierliche Fourier-Transformation:}
Die kontinuierliche Fourier-Transformation ist eine Form der Fourier-Transformation, die es erlaubt, kontinuierliche, aperiodische Vorgänge in ein kontinuierliches Spektrum zu zerlegen.
Oft wird diese Transformation auch einfach als Fourier-Transformation bezeichnet.
\subsubsection*{Definition:}
\begin{equation}
	\mathcal{F}\{f(t)\} = F(\omega)= \frac{1}{\sqrt{2 \pi}} \intgrinf{f(t) e^{-\i \omega t}}{t}
\end{equation}
Rücktransformation (Fouriersynthese)
\begin{equation}
	\mathcal{F}^{-1}\{F(\omega)\} = f(t)= \frac{1}{\sqrt{2 \pi}} \intgrinf{F(\omega) e^{\i \omega t}}{\omega}
\end{equation}
Hierbei ist $F(\omega)$ das kontinuierliche Spektrum, das die Amplitude jeder Frequenz $\omega$ aus den reelle Zahlen angibt.

\subsubsection*{Eigenschaften:}

\section{Lineare Algebra}
\subsection{Operatoren}
\subsubsection*{hermitesche Operatoren}
\subsubsection*{unitäre Operatoren}


\subsection*{Matrizen-Operationen}
\subsubsection*{Spur}
\subsubsection*{Determinatante}
\subsubsection*{Inversion}
\hypertarget{fs_linalg_mtrx_inv}{}
\begin{math}
A^{-1} = \inlinematrix{a & b \\ c & d}^{-1} = \frac{1}{ad - bc} \inlinematrix{d & -b \\ -c & a}
\end{math}