CHEMIA KWANTOWA MONIKA MUSIA L. Ćwiczenia. mm

Podobne dokumenty
CHEMIA KWANTOWA MONIKA MUSIA L METODA HÜCKLA. Ćwiczenia. mm

Monika Musia l. METODA MIESZANIA KONFIGURACJI Configuration Interaction (CI) (ujȩcie wyznacznikowe)

Liczby zespolone, liniowa zależność i bazy Javier de Lucas. a d b c. ad bc

Pierwsze kolokwium z Matematyki I 4. listopada 2013 r. J. de Lucas

Podstawowe metody i przybliżenia: metoda wariacyjna, rachunek zaburzeń

Zagadnienie Dualne Zadania Programowania Liniowego. Seminarium Szkoleniowe Edyta Mrówka

y 1 y 2 = f 2 (t, y 1, y 2,..., y n )... y n = f n (t, y 1, y 2,..., y n ) f 1 (t, y 1, y 2,..., y n ) y = f(t, y),, f(t, y) =

TEORIA FUNKCJONA LÓW. (Density Functional Theory - DFT) Monika Musia l

KOLOKWIUM Z ALGEBRY I R

Sterowalność liniowych uk ladów sterowania

Zestaw nr 7 Ekstremum funkcji jednej zmiennej. Punkty przegiȩcia wykresu. Asymptoty

Równania różniczkowe cz astkowe rzȩdu pierwszego

Wyk lad 9 Przekszta lcenia liniowe i ich zastosowania

Metoda oddzia lywania konfiguracji (CI)

Metody Numeryczne Wykład 4 Wykład 5. Interpolacja wielomianowa

Metoda Simplex bez użycia tabel simplex 29 kwietnia 2010

JEDNOSTKI ATOMOWE =1, m e =1, e=1, ; 1 E 2 h = 4, J. Energia atomu wodoru lub jonu wodoropodobnego w jednostkach atomowych:

Sterowanie optymalne dla uk ladów nieliniowych. Zasada maksimum Pontriagina.

w = w i ξ i. (1) i=1 w 1 w 2 :

Mnożniki funkcyjne Lagrange a i funkcje kary w sterowaniu optymalnym

Struktura elektronowa czasteczek. przybliżenie Borna-Oppenheimera. równania Schrödingera dla elektronów przy ustalonym po lożeniu jader

po lożenie cz astki i od czasu (t). Dla cz astki, która może poruszać siȩ tylko w jednym wymiarze (tu x)

Cia la i wielomiany Javier de Lucas

Mnożniki funkcyjne Lagrange a i funkcje kary w sterowaniu optymalnym

Wyk lad 11 1 Wektory i wartości w lasne

Zadania o liczbach zespolonych

Wyk lad 14 Formy kwadratowe I

Wektory i wartości własne

Metody obliczeniowe chemii teoretycznej

Asymptota pozioma: oṡ x, gdy y = 0 Asymptota pionowa: oṡ y, gdy x = 0. Hyperbola 1 x

liniowych uk ladów sterowania

Wektory i wartości własne

na p laszczyźnie kartezjaṅskiej prowadzimy prost a o rȯwnaniu s 1. (1.1) s 0 + t 1 t 0

Niesimpleksowe metody rozwia zywania zadań PL. Seminarium Szkoleniowe Edyta Mrówka

Elementy analizy funkcjonalnej PRZESTRZENIE LINIOWE

Synteza optymalnego regulatora stanu. Uk lady z czasem ci ag lym.

WEKTORY I WARTOŚCI WŁASNE MACIERZY. = λ c (*) problem przybliżonego rozwiązania zagadnienia własnego dla operatorów w mechanice kwantowej

SZKO LA PODSTAWOWA HELIANTUS WARSZAWA ul. BAŻANCIA 16. Hyperbola 1 x FUNKCJE ELEMENTARNE WYMIERNE POTȨGOWE LOGARYTMICZNE.

a 11 a a 1n a 21 a a 2n... a m1 a m2... a mn x 1 x 2... x m ...

Własności wyznacznika

Sterowanie minimalnoczasowe dla uk ladów liniowych. Krzywe prze l aczeń.

Metody obliczeniowe chemii kwantowej oparte na funkcji falowej. Dla uk ladu N elektronów i K j ader atomowych hamiltonian przyjmuje postać:

POCHODNA KIERUNKOWA. DEFINICJA Jeśli istnieje granica lim. to granica ta nazywa siȩ pochodn a kierunkow a funkcji f(m) w kierunku osi l i oznaczamy

Układy równań i równania wyższych rzędów

Układy równań liniowych i metody ich rozwiązywania

Algebra liniowa. Macierze i układy równań liniowych

Wzory Viete a i ich zastosowanie do uk ladów równań wielomianów symetrycznych dwóch i trzech zmiennych

Suma i przeciȩcie podprzestrzeni, przestrzeń ilorazowa Javier de Lucas

STYSTYSTYKA dla ZOM II dr inż Krzysztof Bryś Wykad 1

Funkcje wielu zmiennych

Analiza dla informatyków 2 DANI LI2 Pawe l Domański szkicowe notatki do wyk ladu

Funkcje wielu zmiennych

u nk = n c nn u n 0 wyznacza siȩ empirycznie (elementy przejść) lub próbuje oszacować w obliczeniach typu ab initio Rachunek zaburzeń Löwdina

Sylabus do programu kształcenia obowiązującego od roku akademickiego 2012/13

Wyk lad 4 Macierz odwrotna i twierdzenie Cramera

METODA MIESZANIA KONFIGURACJI Configuration Interaction (CI)

g liczb rzeczywistych (a n ) spe lnia warunek

{E n ( k 0 ) + h2 2m (k2 k 2 0 )}δ nn + h m ( k k 0 ) p nn. c nn = E n ( k)c nn (1) gdzie ( r)d 3 r

Metody numeryczne rozwiązywania równań różniczkowych

STATYSTYKA MATEMATYCZNA dla ZPM I dr inż Krzysztof Bryś wyk lad 1,2 KLASYCZNY RACHUNEK PRAWDOPODOBIEŃSTWA

Wyk lad 7 Metoda eliminacji Gaussa. Wzory Cramera

Metoda Hartree-Focka (Hartree ego-focka)

Seria zadań z Algebry IIR nr kwietnia 2017 r. i V 2 = B 2, B 4 R, gdzie

Liniowe uk lady sterowania.

po lożenie cz astki i od czasu (t). Dla cz astki, która może poruszać siȩ tylko w jednym wymiarze (tu x)

Notatki do wyk ladu IV (z ) Metoda Hartree-Focka (Hartree ego-focka)

POSTULATY MECHANIKI KWANTOWEJ cd i formalizm matematyczny

2. Kombinacja liniowa rozwiązań zeruje się w pewnym punkcie wtedy i tylko wtedy, gdy zeruje się w każdym punkcie.

Wyk lad 9 Baza i wymiar przestrzeni liniowej

Postulaty mechaniki kwantowej

Wersja testu A 15 lutego 2011 r. jest, że a) x R y R y 2 > Czy prawda. b) y R x R y 2 > 1 c) x R y R y 2 > 1 d) x R y R y 2 > 1.

IX. MECHANIKA (FIZYKA) KWANTOWA

(wymiar macierzy trójk¹tnej jest równy liczbie elementów na g³ównej przek¹tnej). Z twierdzen 1 > 0. Zatem dla zale noœci

Ekonomia matematyczna i dynamiczna optymalizacja

2. Równania nieliniowe i ich uk lady

Wyk lad 12. (ii) najstarszy wspó lczynnik wielomianu f jest elementem odwracalnym w P. Dowód. Niech st(f) = n i niech a bedzie

WYKŁAD NR 3 OPIS DRGAŃ NORMALNYCH UJĘCIE KLASYCZNE I KWANTOWE.

III. INTERPOLACJA Ogólne zadanie interpolacji. Niech oznacza funkcjê zmiennej x zale n¹ od n + 1 parametrów tj.

Wyk lad 8 macierzy i twierdzenie Kroneckera-Capellego

Układy równań liniowych. Krzysztof Patan

Zaawansowane metody numeryczne

Zadania przygotowawcze, 3 kolokwium

Przestrzenie wektorowe, liniowa niezależność Javier de Lucas

POD- I NADOKREŚLONE UKŁADY ALGEBRAICZNYCH RÓWNAŃ LINIOWYCH

Równania różniczkowe cząstkowe drugiego rzędu

gdy wielomian p(x) jest podzielny bez reszty przez trójmian kwadratowy x rx q. W takim przypadku (5.10)

STRUKTURA ELEKTRONOWA CZA STECZEK: METODA ORBITALI MOLEKULARNYCH (MO) Ćwiczenia. Monika Musia l

Zastosowanie metod matematycznych w fizyce i technice - zagadnienia

Równania różniczkowe liniowe II rzędu

IV. UK ADY RÓWNAÑ LINIOWYCH

UKŁADY ALGEBRAICZNYCH RÓWNAŃ LINIOWYCH

D1. Algebra macierzy. D1.1. Definicje

Janusz Adamowski METODY OBLICZENIOWE FIZYKI Kwantowa wariacyjna metoda Monte Carlo. Problem własny dla stanu podstawowego układu N cząstek

A. Strojnowski - Twierdzenie Jordana 1

RACHUNEK OPERATOROWY MIKUSIŃSKIEGO I JEGO ZASTOSOWANIE DO RÓWNAŃ

Zamiast ogólnych wzorów w przestrzeni euklidesowej o dwolnym wymiarze, rozważmy przestrzeń trójwymiarow a. Przypuśćmy, że ktoś podaje nam równanie

Wyk lad 7 Baza i wymiar przestrzeni liniowej

Sylabus do programu kształcenia obowiązującego od roku akademickiego 2014/15

FUNKCJE LICZBOWE. x 1

jest rozwiązaniem równania jednorodnego oraz dla pewnego to jest toŝsamościowo równe zeru.

Transkrypt:

CHEMIA KWANTOWA MONIKA MUSIA L Ćwiczenia

METODY PRZYBLIŻONE ROZWIA ZYWANIA RÓWNANIA SCHRÖDINGERA METODA WARIACYJNA

metoda wariacyjna ĤΨ n = E n Ψ n Ψ n ortonormalne Szukamy rozwi azań dla stanu podstawowego, tj. stanu o najniższej energii. Zak ladamy, że ten stan odpowiada n = 0. E o < E n n > 0 Z wyrażenia na wartość średni a hamiltonianu definiujemy wielkość ǫ jako: Φ ĤΦdτ ǫ = = Φ H Φ (1) Φ Φdτ Φ jest dowoln a funkcj a klasy Q (tzw. funkcj a próbn a, zależ ac a od tych samych wspó lrzȩdnych co dok ladna funkcja opisuj aca stan podstawowy uk ladu). Druga równość zachodzi jeżeli funkcja Φ jest znormalizowana, tzn. Φ Φ = 1 n c nc n = 1

metoda wariacyjna Rozwijaj ac funkcjȩ Φ na funkcje ψ n : Φ = n c nψ n (2) Podstawiaj ac rozwiniȩcie (2) do równania (1) i wykorzystuj ac ortonormalność funkcji ψ n otrzymamy: ǫ = n c nc n E n Odejmuj ac od obu stron ostatniego równania wyrażenie otrzymamy E o = E o n c nc n ǫ E o = n c nc n (E n E o )

zasada wariacyjna St ad nierówność bȩd aca treści a zasady wariacyjnej: ǫ E o 0 lub ǫ E o Średnia wartość hamiltonianu wyznaczona dla dowolnej funkcji Φ nie jest nigdy mniejsza od jego ścis lej wartości w lasnej E o odpowiadaj acej stanowi podstawowemu.

metoda wariacyjna Metoda wariacyjna opiera siȩ na minimalizacji funkcjona lu (1): do funkcji Φ wprowadzamy pewne parametry (tzw. parametry wariacyjne): Φ = Φ(c 1, c 2,...,c k ; r 1,r 2,...,r n ) i wyznaczamy energiȩ w funkcji parametrów wariacyjnych: ǫ = ǫ(c 1,c 2,...,c k ) Szukamy minimum funkcji ǫ(c 1, c 2,...,c k ) i wyznaczamy wartość parametrów c 1,c 2,... z równań: ǫ c i = 0 dla i = 1,...,k

liniowe parametry wariacyjne metoda Ritza Liniowe parametry wariacyjne: metoda Ritza Funkcjȩ próbn a Φ reprezentujemy jako kombinacjȩ liniow a pewnych (ustalonych) funkcji bazy (χ i ) Φ = N i=1 c iχ i czyli funkcje χ i s a funkcjami znanymi, wspó lczynniki c i - parametrami wariacyjnymi (wielkości poszukiwane). Podstawiamy funkcje Φ do wyrażenia na wartość średni a hamiltonianu (nie zak ladamy ani ortogonalności funkcji χ i ani unormowania funkcji Φ) gdzie ǫ N p=1 N q=1 c pc q S pq = N p=1 N q=1 c pc q H pq (3) S pq = χ pχ q dτ = χ p χ q calka nakladania oraz H pq = χ pĥχ qdτ = χ p H χ q elementy macierzy energii

liniowe parametry wariacyjne metoda Ritza Aby znaleźć ekstremum (nam chodzi o minimum) funkcjona lu ǫ zróżniczkujmy obustronnie po np. c p równanie (3): Ponieważ ǫ c p ( N p=1 N q=1 c pc q S pq ) + ǫ N ǫ c p q=1 c qs pq = N = 0 wiȩc ostateczna forma równania jest nastȩpuj aca: q=1 c qh pq N q=1 c q(h pq ǫs pq ) = 0 p = 1, 2,...,N Jest to uk lad równań sekularnych (wiekowych). Czyli, warunek minimum energii sprowadza siȩ do uk ladu N równań liniowych jednorodnych o N niewiadomych, którymi s a wspó lczynniki kombinacji liniowej c q.

liniowe parametry wariacyjne metoda Ritza Rozwi azania: trywialne: c 1 = c 2 =... = c N = 0 w laściwe - przy warunku zerowania siȩ wyznacznika sekularnego Wyznacznik sekularny: H 11 ǫs 11 H 12 ǫs 12 H 1N ǫs 1N H 21 ǫs 21 H 22 ǫs 22 H 2N ǫs 2N.... H N1 ǫs N1 H N2 ǫs N2 H NN ǫs NN Wielomian N-tego stopnia zmiennej ǫ posiada N pierwiastków: ǫ 1, ǫ 2,..., ǫ N. Dla każdego z nich znajdujemy odrȩbne rozwi azania uk ladu równań sekularnych: = 0

liniowe parametry wariacyjne metoda Ritza dla ǫ 1 mamy zbiór: c 11, c 21, c 31,...,c N1, i wynikaj ac a st ad funkcjȩ Φ 1 = N i=1 c i1χ i dla ǫ 2 mamy zbiór: c 12, c 22,...,... etc. i funkcjȩ Φ 2 = N i=1 c i2χ i dla ǫ N... mamy zbiór: c 1N, c 2N,...,... etc. i funkcjȩ Φ N = N i=1 c inχ i

liniowe parametry wariacyjne metoda Ritza W postaci macierzowej możemy powyższe równania zapisać jako: Φ = χc HC = SCE C T SC = 1 gdzie Φ i χ s a macierzami jednowierszowymi: Φ = {Φ 1, Φ 2, Φ 3,..., Φ N } χ = {χ 1,χ 2,χ 3,...,χ N } a C, S, H macierzami kwadratowymi: (podobnie dla H i S) c 11 c 12 c 1N c 21. c 22 c 2N... c N1 c N2 c NN

liniowe parametry wariacyjne metoda Ritza E jest macierz a diagonaln a ǫ 1 0 0 0 ǫ 2... 0. 0 0 ǫ N Problem w metodzie Ritza sprowadza siȩ do diagonalizacji macierzy energii H przy pomocy macierzy C: C T HC = E a wiȩc do równoczesnego znalezienia i macierzy diagonalizuj acej i macierzy wynikowej. Metoda Ritza umożliwia zast apienie równania różniczkowego jakim jest równanie Schrödingera uk ladem równań algebraicznych.