On the one-dimensional harmonic oscillator with a singular perturbation

Abstract

In this paper we investigate the one-dimensional harmonic oscillator with a left- right boundary condition at zero. This object can be considered as the classical selfadjoint harmonic oscillator with a singular perturbation concentrated at one point. The perturbation involves the delta-function and/or its derivative. We describe all possible selfadjoint realizations of this scheme in terms of the above mentioned boundary conditions. We show that for certain conditions on the perturbation (or, equivalently, on the boundary conditions) exactly one non-positive eigenvalue can arise and we derive an analytic expression for the corresponding eigenfunction. These eigenvalues run through the whole negative semi-line as the perturbation becomes stronger. For certain cases an explicit relation between suitable boundary conditions, the non-positive eigenvalue and the corresponding eigenfunction is given. В настоящей работе исследуется одномерный возмущенный гармонический осциллятор с лево-правосторонними граничными условиями в нуле. На рассматриваемый объект можно смотреть как на классический самосопряженный гармонический осциллятор с сингулярным возмущением, сосредоточенным в одной точке. Указанное возмущение порождается дельта-функцией Дирака и/или ее производной. Описываются все самосопряженные реализации этой схемы в терминах указанных граничных условий. Показывается, что при некоторых ограничениях на возмущение (или, что эквивалент¬но, на граничные условия) у соответствующего дифференциального оператора может появиться ровно одно неположительное собственное значение, и приводится аналитическое выражение для соответствующей собственной функции. Указанное собственное значение пробегает всю неотрицательную полуось когда коэффициент возмущения пробегает установленный промежуток. Для некоторых случаев приводится непосредственная зависимость между подходящими граничными условиями, соответствующим неотрицательным собственным значением и его собственной функцией.