Wo findet die e-Funktion in den Naturwissenschaften Anwendung?

4 Antworten

An unzähligen Stellen. Man muß dabei zwischen der reellen und der komplexen Expo­nentialfunktion unterscheiden — erstere beschreibt Anstieg oder Abfall, zweitere Oszil­lation. Oft ist ein System grundsätzlich in der Lage beides zu tun, und was es in einem bestimmten Fall wirklich macht, hängt von den Details ab.

Das klassische Beispiel ist die Schwingung. Wenn Du auf irgendetwas Schwin­gungs­fähiges draufschlägst, dann fängt es zum Schwingen an (Oszillaton → Ex­po­nen­tial­funktion mit imaginärem Argument). Ist gleichzeitig noch eine Art von Rei­bung im Spiel, dann klingt die Schwingung langsam ab (dann kommt noch eine reel­le Ex­po­nen­tial­funk­tion dazu). Wenn die Reibung sehr stark ist, dann tritt gar keine Schwin­gung auf, son­dern das Zeug bewegt sich ein bißchen und bleibt dann stehen (reelle Ex­po­nen­tial­funk­tion).

Reelle Exponentialfunktionen treten häufig bei zeitlichen oder räumlichen Prozessen auf, z.B. bei Diffusion, chemischen Reaktionen, Wärmeleitung etc. Und Schwingun­gen sind in der Physik allgegenwärtig, z.B., wenn man mit Licht zu tun hat oder in der Quan­ten­mecha­nik, und daher ist die komplexe Exponentialfunktion eⁱᴴᵗ dort Dein stän­di­ger Begleiter.

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Chemiestudium mit Diss über Quanten­chemie und Thermodynamik
verreisterNutzer  07.11.2021, 17:30

Warum hat die e-Funktion dann einen Eigenwert? Woher kommt dieser Wert?

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indiachinacook  09.11.2021, 13:15
@verreisterNutzer

Matrizen und Operatoren haben Eigenwerte, aber bei Funktionen gibt es das nicht. Funktionen können aber Eigenfunktionen von Operatoren sein — eᵏˣ ist z.B. die Eigenfunktion des Differentialoperators d/dx mit dem Eigenwert k.

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Bei ganz vielen Wachstumsprozessen (in der Regel beschränktes Wachstum),

bei Auf- und Entladevorgängen von beispielsweise elektronischen Bauelementen (Spule, Kondensator), aber auch beim Abfluss eines Wasserbehälters/Staudamm, wenn man unten ein Loch rein machen würde. (Auch wieder als beschränktes Wachstum)

Bei Lösungen Differenzialgleichungen und im Zusammenhang mit komplexen Zahlen auch als eine Grundlage für Sinus- und Kosinusfunktionen. Mit e-Funktionen lassen sich somit auch Schwingungen und Wellenformen beschreiben.

Gibt sicher noch weitere Anwendungsgebiete.

verreisterNutzer  07.11.2021, 17:28

Und warum hat die e-Funktion dann einen Eigenwert?

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es ist die Eigenfunktion des Ableitungsoperators, dh sie taucht immer dann auf, wenn die Änderung eines Wertes proportional zum Wert selbst ist, zB bei Wachstums- und Dämpfungsprozessen sowie bei Wellenbewegungen.

verreisterNutzer  07.11.2021, 17:29

Warum hat die e-Funktion dann einen Eigenwert? Woher kommt dieser Wert?

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