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麦克斯韦分布


MaxwellDistribution

麦克斯韦(或麦克斯韦-玻尔兹曼)分布给出了统计力学中热平衡状态下分子速度的分布。定义 a=sqrt(kT/m),其中 k 是玻尔兹曼常数, T 是温度, m 是分子质量,并令 x 表示分子速度,则在范围 x in [0,infty) 内的概率分布和累积分布为

P(x)=sqrt(2/pi)(x^2e^(-x^2/(2a^2)))/(a^3)
(1)
D(x)=(2gamma(3/2,(x^2)/(2a^2)))/(sqrt(pi))
(2)
=erf(x/(sqrt(2)a))-(xe^(-x^2/(2a^2)))/asqrt(2/pi),
(3)

使用 Papoulis (1984) 的形式,其中 gamma(a,x) 是一个 不完全伽玛函数erf(x)erf。Spiegel (1992) 和 von Seggern (1993) 各自使用了略有不同的常数 a 的定义。

它在 Wolfram Language 中实现为MaxwellDistribution[sigma]。

n原点矩

 mu_n^'=(2^(1+n/2)a^nGamma(1/2(3+n)))/(sqrt(pi)),
(4)

给出前几个为

mu^'=2asqrt(2/pi)
(5)
mu_2^'=3a^2
(6)
mu_3^'=8a^3sqrt(2/pi)
(7)
mu_4^'=15a^4
(8)

(Papoulis 1984,第 149 页)。

因此,均值方差偏度超额峰度 由下式给出

mu=2asqrt(2/pi)
(9)
sigma^2=(a^2(3pi-8))/pi
(10)
gamma_1=(2sqrt(2)(5pi-16))/((3pi-8)^(3/2))
(11)
gamma_2=-(4(96-40pi+3pi^2))/((3pi-8)^2).
(12)

特征函数

 phi(t)=i{atsqrt(2/pi)-e^(-a^2t^2/2)(a^2t^2-1)×[sgn(t)erfi((a|t|)/(sqrt(2)))-i]},
(13)

其中 erfi(z)erfi 函数。


参见

指数分布正态分布瑞利分布

使用 Wolfram|Alpha 探索

参考文献

Papoulis, A. 概率、随机变量和随机过程,第 2 版。 纽约:McGraw-Hill,第 104 和 148-149 页,1984 年。Spiegel, M. R. Schaum 概率与统计理论和问题纲要。 纽约:McGraw-Hill,第 119 页,1992 年。von Seggern, D. CRC 标准曲线和曲面。 Boca Raton, FL:CRC Press,第 252 页,1993 年。

Wolfram|Alpha 引用

麦克斯韦分布

请引用为

Weisstein, Eric W. “麦克斯韦分布”。来自 MathWorld--Wolfram 网络资源。 https://mathworld.net.cn/MaxwellDistribution.html

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