問題 7-9 の解答例

Feynman-Hibbs cover

Problem 7-9
Use this result Eq. (7-68) to show that if S corresponds to a harmonic oscillator

(1)S=m2t1t2[x˙2ω2x2]dt

then
exp{it1t2f(t)x(t)dt}=1exp{imω2sinω(t2t1)[2x2mwt1t2f(t)sinω(tt1)dt+2x1mωt1t2f(t)sinω(t2t)dt(2)2m2ω2t1t2dtt1tf(t)f(s)sinω(t2t)sinω(st1)ds]}

where x1 and x2 are the initial and final coordinates of the oscillator.


( 解答 ) 調和振動子の古典的経路に対する作用 Scl は, 問題 2-2 中の式 (2-9) で与えれている:

(3)Scl=mω2sinωT[(x22+x12)cosωT2x2x1]

ただし T=t2t1 である. また, 外力が働いている調和振動子の古典的経路に対する作用 Scl は, 問題 3-11 中の式 (3-66) で与えれている:
Scl=mω2sinωT[(x22+x12)cosωT2x2x1+2x2mωt1t2dtf(t)sinω(tt1)+2x1mωt1t2dtf(t)sinω(t2t)(4)2m2ω2t1t2dtt1tdsf(t)f(s)sinω(t2t)sinω(st1)]

ただし表記を a1,b2 に変更した. 式 (4) から式 (3) を引き算することで (i/){SclScl} を求めると,
i{SclScl}=imω2sinωT[2x2mωt1t2dtf(t)sinω(tt1)+2x1mωt1t2dtf(t)sinω(t2t)(5)2m2ω2t1t2dtt1tdsf(t)f(s)sinω(t2t)sinω(st1)]

この結果式 (5) を 式 (7-68) に代入すれば, 題意の式 (2) が得られる:
(7-68)exp{if(t)x(t)dt}=1exp{i(SclScl)}=1exp{imω2sinω(t2t1)[2x2mwt1t2f(t)sinω(tt1)dt+2x1mωt1t2f(t)sinω(t2t)dt(6)2m2ω2t1t2dtt1tf(t)f(s)sinω(t2t)sinω(st1)ds]}

ただし T=t2t1 である.