Superoscillating Sequences and Supershifts for Families of Generalized Functions

Abstract

Abstract We construct a large class of superoscillating sequences, more generally of $${\mathscr {F}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mi>F</mml:mi> </mml:math> - supershifts , where $${\mathscr {F}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mi>F</mml:mi> </mml:math> is a family of smooth functions in ( t , x ) (resp. distributions in ( t , x ), or hyperfunctions in x depending on the parameter t ) indexed by $$\lambda \in {\mathbb {R}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>λ</mml:mi> <mml:mo>∈</mml:mo> <mml:mi>R</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> . The frame in which we introduce such families is that of the evolution through Schrödinger equation $$(i\partial /\partial t - {\mathscr {H}}(x))(\psi )=0$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>i</mml:mi> <mml:mi>∂</mml:mi> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:mi>∂</mml:mi> <mml:mi>t</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mi>H</mml:mi> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>x</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> <mml:mo>)</mml:mo> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>ψ</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math> ( $${\mathscr {H}}(x) = -(\partial ^2/\partial x^2)/2 + V(x)$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>H</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>x</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi>∂</mml:mi> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:msup> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:mi>∂</mml:mi> <mml:msup> <mml:mi>x</mml:mi> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:msup> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mi>V</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>x</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:math> ), V being a suitable potential). If $${\mathscr {F}}= \{(t,x) \mapsto \varphi _\lambda (t,x)\,;\, \lambda \in {\mathbb {R}}\}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>F</mml:mi> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mo>{</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>t</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mi>x</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mo>↦</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>φ</mml:mi> <mml:mi>λ</mml:mi> </mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>t</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mi>x</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mspace/> <mml:mo>;</mml:mo> <mml:mspace/> <mml:mi>λ</mml:mi> <mml:mo>∈</mml:mo> <mml:mi>R</mml:mi> <mml:mo>}</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> , where $$\varphi _\lambda $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msub> <mml:mi>φ</mml:mi> <mml:mi>λ</mml:mi> </mml:msub> </mml:math> is evolved from the initial datum $$x\mapsto e^{i\lambda x}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>x</mml:mi> <mml:mo>↦</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi>e</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi>i</mml:mi> <mml:mi>λ</mml:mi> <mml:mi>x</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> , $${\mathscr {F}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mi>F</mml:mi> </mml:math> - supershifts will be of the form $$\{\sum _{j=0}^N C_j(N,a) \varphi _{1-2j/N}\}_{N\ge 1}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo>{</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mo>∑</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mi>j</mml:mi> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mi>N</mml:mi> </mml:msubsup> <mml:msub> <mml:mi>C</mml:mi> <mml:mi>j</mml:mi> </mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>N</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mi>a</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>φ</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mi>j</mml:mi> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:mi>N</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>}</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>N</mml:mi> <mml:mo>≥</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> for $$a\in {\mathbb {R}}{\setminus }[-1,1]$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>a</mml:mi> <mml:mo>∈</mml:mo> <mml:mi>R</mml:mi> <mml:mo>\</mml:mo> <mml:mo>[</mml:mo> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mo>]</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> , taking $$C_j(N,a) =\left( {\begin{array}{c}N\\ j\end{array}}\right) (1+a)^{N-j}(1-a)^j/2^N$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>C</mml:mi> <mml:mi>j</mml:mi> </mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>N</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> <m

Topics & Concepts