题目
力学量算符在自身表象中的矩阵表示是( )A. 以本征值为对角元素的对角方阵 .B. 一个上三角方阵 .C. 一个下三角方阵 .D. 一个主对角线上的元素等于零的方阵 .
力学量算符在自身表象中的矩阵表示是( )
A. 以本征值为对角元素的对角方阵 .
B. 一个上三角方阵 .
C. 一个下三角方阵 .
D. 一个主对角线上的元素等于零的方阵 .
题目解答
答案
A. 以本征值为对角元素的对角方阵 .
解析
考查要点:本题主要考查量子力学中力学量算符在自身表象中的矩阵表示形式,涉及算符的本征值、本征态以及表象的概念。
解题核心思路:
在自身表象中,基底是由力学量算符的本征态构成的正交归一系。此时,算符的矩阵元仅在对角线上非零,对应本征值,而非对角元为零。因此,矩阵必为以本征值为对角元素的对角方阵。
破题关键点:
- 自身表象的定义:基底是算符的本征态。
- 矩阵元的计算:利用本征态的正交归一性,非对角元必然为零,对角元为本征值。
在量子力学中,力学量算符 $\hat{A}$ 的矩阵元在某一表象中的表达式为:
$A_{ij} = \langle \psi_i | \hat{A} | \psi_j \rangle$
其中 $|\psi_j\rangle$ 是表象的基底态。
当基底是 $\hat{A}$ 的本征态时,即 $|\psi_j\rangle$ 满足 $\hat{A}|\psi_j\rangle = a_j |\psi_j\rangle$,此时:
- 对角元:$A_{jj} = \langle \psi_j | \hat{A} | \psi_j \rangle = a_j$,即对角线元素为本征值。
- 非对角元:当 $i \neq j$ 时,
$A_{ij} = \langle \psi_i | \hat{A} | \psi_j \rangle = a_j \langle \psi_i | \psi_j \rangle = a_j \delta_{ij} = 0$
因此,非对角元均为零。
综上,$\hat{A}$ 在自身表象中的矩阵表示为以本征值为对角元素的对角方阵,对应选项 A。