Ричард Фейнман заметил, что:
1
A
B
=
∫
0
1
d
u
[
u
A
+
(
1
−
u
)
B
]
2
{\displaystyle {\frac {1}{AB}}=\int _{0}^{1}{\frac {du}{\left[uA+(1-u)B\right]^{2}}}}
причём формула действительна для любых комплексных чисел A и B, если 0 не содержится в отрезке прямой, соединяющем A и B. Формула помогает оценить интегралы, такие как:
∫
d
p
A
(
p
)
B
(
p
)
=
∫
d
p
∫
0
1
d
u
[
u
A
(
p
)
+
(
1
−
u
)
B
(
p
)
]
2
=
∫
0
1
d
u
∫
d
p
[
u
A
(
p
)
+
(
1
−
u
)
B
(
p
)
]
2
.
{\displaystyle \int {\frac {dp}{A(p)B(p)}}=\int dp\int _{0}^{1}{\frac {du}{\left[uA(p)+(1-u)B(p)\right]^{2}}}=\int _{0}^{1}du\int {\frac {dp}{\left[uA(p)+(1-u)B(p)\right]^{2}}}.}
Если A (p) и B (p) — линейные функции от p , то последний интеграл можно оценить с помощью подстановки.
В более общем смысле, используя дельта-функцию Дирака
δ
{\displaystyle \delta }
:[1]
1
A
1
⋯
A
n
=
(
n
−
1
)
!
∫
0
1
d
u
1
⋯
∫
0
1
d
u
n
δ
(
1
−
∑
k
=
1
n
u
k
)
(
∑
k
=
1
n
u
k
A
k
)
n
=
(
n
−
1
)
!
∫
0
1
d
u
1
∫
0
u
1
d
u
2
⋯
∫
0
u
n
−
2
d
u
n
−
1
1
[
A
1
+
u
1
(
A
2
−
A
1
)
+
⋯
+
u
n
−
1
(
A
n
−
A
n
−
1
)
]
n
.
{\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {1}{A_{1}\cdots A_{n}}}&=(n-1)!\int _{0}^{1}du_{1}\cdots \int _{0}^{1}du_{n}{\frac {\delta (1-\sum _{k=1}^{n}u_{k})\;}{\left(\sum _{k=1}^{n}u_{k}A_{k}\right)^{n}}}\\&=(n-1)!\int _{0}^{1}du_{1}\int _{0}^{u_{1}}du_{2}\cdots \int _{0}^{u_{n-2}}du_{n-1}{\frac {1}{\left[A_{1}+u_{1}(A_{2}-A_{1})+\dots +u_{n-1}(A_{n}-A_{n-1})\right]^{n}}}.\end{aligned}}}
Эта формула действительна для любых комплексных чисел A1 ,. , ., An , если 0 не содержится в их выпуклой оболочке .
Даже в более общем плане, при условии, что
Re
(
α
j
)
>
0
{\displaystyle {\text{Re}}(\alpha _{j})>0}
для всех
1
≤
j
≤
n
{\displaystyle 1\leq j\leq n}
:
1
A
1
α
1
⋯
A
n
α
n
=
Γ
(
α
1
+
⋯
+
α
n
)
Γ
(
α
1
)
⋯
Γ
(
α
n
)
∫
0
1
d
u
1
⋯
∫
0
1
d
u
n
δ
(
1
−
∑
k
=
1
n
u
k
)
u
1
α
1
−
1
⋯
u
n
α
n
−
1
(
∑
k
=
1
n
u
k
A
k
)
∑
k
=
1
n
α
k
{\displaystyle {\frac {1}{A_{1}^{\alpha _{1}}\cdots A_{n}^{\alpha _{n}}}}={\frac {\Gamma (\alpha _{1}+\dots +\alpha _{n})}{\Gamma (\alpha _{1})\cdots \Gamma (\alpha _{n})}}\int _{0}^{1}du_{1}\cdots \int _{0}^{1}du_{n}{\frac {\delta (1-\sum _{k=1}^{n}u_{k})\;u_{1}^{\alpha _{1}-1}\cdots u_{n}^{\alpha _{n}-1}}{\left(\sum _{k=1}^{n}u_{k}A_{k}\right)^{\sum _{k=1}^{n}\alpha _{k}}}}}
где
Γ
{\displaystyle \Gamma }
— гамма-функция .[2]
1
A
B
=
1
A
−
B
(
1
B
−
1
A
)
=
1
A
−
B
∫
B
A
d
z
z
2
.
{\displaystyle {\frac {1}{AB}}={\frac {1}{A-B}}\left({\frac {1}{B}}-{\frac {1}{A}}\right)={\frac {1}{A-B}}\int _{B}^{A}{\frac {dz}{z^{2}}}.}
Теперь просто линейно преобразовать интеграл с помощью подстановки,
u
=
(
z
−
B
)
/
(
A
−
B
)
{\displaystyle u=(z-B)/(A-B)}
,
что приводит к
d
u
=
d
z
/
(
A
−
B
)
{\displaystyle du=dz/(A-B)}
,
откуда
z
=
u
A
+
(
1
−
u
)
B
{\displaystyle z=uA+(1-u)B}
и мы получаем искомый результат:
1
A
B
=
∫
0
1
d
u
[
u
A
+
(
1
−
u
)
B
]
2
.
{\displaystyle {\frac {1}{AB}}=\int _{0}^{1}{\frac {du}{\left[uA+(1-u)B\right]^{2}}}.}
В более общих случаях вывод может быть выполнен очень эффективно с использованием параметризации Швингера . Например, чтобы вывести параметризованную форму Фейнмана
1
A
1
.
.
.
A
n
{\displaystyle {\frac {1}{A_{1}...A_{n}}}}
Сначала мы повторно выражаем все факторы в знаменателе в их параметризованной форме Швингера:
1
A
i
=
∫
0
∞
d
s
i
e
−
s
i
A
i
for
i
=
1
,
…
,
n
{\displaystyle {\frac {1}{A_{i}}}=\int _{0}^{\infty }ds_{i}\,e^{-s_{i}A_{i}}\ \ {\text{for }}i=1,\ldots ,n}
и записываем
1
A
1
⋯
A
n
=
∫
0
∞
d
s
1
⋯
∫
0
∞
d
s
n
exp
(
−
(
s
1
A
1
+
⋯
+
s
n
A
n
)
)
.
{\displaystyle {\frac {1}{A_{1}\cdots A_{n}}}=\int _{0}^{\infty }ds_{1}\cdots \int _{0}^{\infty }ds_{n}\exp \left(-\left(s_{1}A_{1}+\cdots +s_{n}A_{n}\right)\right).}
Затем мы выполняем следующее изменение переменных интегрирования,
α
=
s
1
+
.
.
.
+
s
n
,
{\displaystyle \alpha =s_{1}+...+s_{n},}
α
i
=
s
i
s
1
+
⋯
+
s
n
;
i
=
1
,
…
,
n
−
1
,
{\displaystyle \alpha _{i}={\frac {s_{i}}{s_{1}+\cdots +s_{n}}};\ i=1,\ldots ,n-1,}
чтобы получить,
1
A
1
⋯
A
n
=
∫
0
1
d
α
1
⋯
d
α
n
−
1
∫
0
∞
d
α
α
N
−
1
exp
(
−
α
{
α
1
A
1
+
⋯
+
α
n
−
1
A
n
−
1
+
(
1
−
α
1
−
⋯
−
α
n
−
1
)
A
n
}
)
.
{\displaystyle {\frac {1}{A_{1}\cdots A_{n}}}=\int _{0}^{1}d\alpha _{1}\cdots d\alpha _{n-1}\int _{0}^{\infty }d\alpha \ \alpha ^{N-1}\exp \left(-\alpha \left\{\alpha _{1}A_{1}+\cdots +\alpha _{n-1}A_{n-1}+\left(1-\alpha _{1}-\cdots -\alpha _{n-1}\right)A_{n}\right\}\right).}
где
∫
0
1
d
α
1
⋯
d
α
n
−
1
{\displaystyle \int _{0}^{1}d\alpha _{1}\cdots d\alpha _{n-1}}
обозначает интеграцию по площади
0
≤
α
i
≤
1
{\displaystyle 0\leq \alpha _{i}\leq 1}
с
∑
i
=
1
n
−
1
α
i
≤
1
{\displaystyle \sum _{i=1}^{n-1}\alpha _{i}\leq 1}
,
Следующим шагом является выполнение интегрирования по
α
{\displaystyle \alpha }
.
∫
0
∞
d
α
α
n
−
1
exp
(
−
α
x
)
=
∂
n
−
1
∂
(
−
x
)
n
−
1
(
∫
0
∞
d
α
exp
(
−
α
x
)
)
=
(
n
−
1
)
!
x
n
.
{\displaystyle \int _{0}^{\infty }d\alpha \ \alpha ^{n-1}\exp(-\alpha x)={\frac {\partial ^{n-1}}{\partial (-x)^{n-1}}}\left(\int _{0}^{\infty }d\alpha \exp(-\alpha x)\right)={\frac {\left(n-1\right)!}{x^{n}}}.}
где мы определили
x
=
α
1
A
1
+
⋯
+
α
n
−
1
A
n
−
1
+
(
1
−
α
1
−
⋯
−
α
n
−
1
)
A
n
.
{\displaystyle x=\alpha _{1}A_{1}+\cdots +\alpha _{n-1}A_{n-1}+\left(1-\alpha _{1}-\cdots -\alpha _{n-1}\right)A_{n}.}
Подставляя этот результат, мы получаем предпоследнюю форму,
1
A
1
⋯
A
n
=
(
n
−
1
)
!
∫
0
1
d
α
1
⋯
d
α
n
−
1
1
[
α
1
A
1
+
⋯
+
α
n
−
1
A
n
−
1
+
(
1
−
α
1
−
⋯
−
α
n
−
1
)
A
n
]
n
,
{\displaystyle {\frac {1}{A_{1}\cdots A_{n}}}=\left(n-1\right)!\int _{0}^{1}d\alpha _{1}\cdots d\alpha _{n-1}{\frac {1}{[\alpha _{1}A_{1}+\cdots +\alpha _{n-1}A_{n-1}+\left(1-\alpha _{1}-\cdots -\alpha _{n-1}\right)A_{n}]^{n}}},}
и после введения дополнительного интеграла мы приходим к окончательному виду параметризации Фейнмана, а именно:
1
A
1
⋯
A
n
=
(
n
−
1
)
!
∫
0
1
d
α
1
⋯
∫
0
1
d
α
n
δ
(
1
−
α
1
−
⋯
−
α
n
)
[
α
1
A
1
+
⋯
+
α
n
A
n
]
n
.
{\displaystyle {\frac {1}{A_{1}\cdots A_{n}}}=\left(n-1\right)!\int _{0}^{1}d\alpha _{1}\cdots \int _{0}^{1}d\alpha _{n}{\frac {\delta \left(1-\alpha _{1}-\cdots -\alpha _{n}\right)}{[\alpha _{1}A_{1}+\cdots +\alpha _{n}A_{n}]^{n}}}.}
Точно так же, чтобы вывести форму параметризации Фейнмана из наиболее общего случая, :
1
A
1
α
1
.
.
.
A
n
α
n
{\displaystyle {\frac {1}{A_{1}^{\alpha _{1}}...A_{n}^{\alpha _{n}}}}}
можно начать с подходящей другой формы параметризации Швингера в знаменателе, а именно:
1
A
1
α
1
=
1
(
α
1
−
1
)
!
∫
0
∞
d
s
1
s
1
α
1
−
1
e
−
s
1
A
1
=
1
Γ
(
α
1
)
∂
α
1
−
1
∂
(
−
A
1
)
α
1
−
1
(
∫
0
∞
d
s
1
e
−
s
1
A
1
)
{\displaystyle {\frac {1}{A_{1}^{\alpha _{1}}}}={\frac {1}{\left(\alpha _{1}-1\right)!}}\int _{0}^{\infty }ds_{1}\,s_{1}^{\alpha _{1}-1}e^{-s_{1}A_{1}}={\frac {1}{\Gamma (\alpha _{1})}}{\frac {\partial ^{\alpha _{1}-1}}{\partial (-A_{1})^{\alpha _{1}-1}}}\left(\int _{0}^{\infty }ds_{1}e^{-s_{1}A_{1}}\right)}
и затем действовать точно в соответствии с предыдущим случаем.
Альтернативная форма
править
Альтернативная форма параметризации, которая иногда полезна,
1
A
B
=
∫
0
∞
d
λ
[
λ
A
+
B
]
2
.
{\displaystyle {\frac {1}{AB}}=\int _{0}^{\infty }{\frac {d\lambda }{\left[\lambda A+B\right]^{2}}}.}
Эта форма может быть получена с помощью замены переменных
λ
=
u
/
(
1
−
u
)
{\displaystyle \lambda =u/(1-u)}
, Мы можем использовать правило произведения, чтобы показать, что
d
λ
=
d
u
/
(
1
−
u
)
2
{\displaystyle d\lambda =du/(1-u)^{2}}
, затем
1
A
B
=
∫
0
1
d
u
[
u
A
+
(
1
−
u
)
B
]
2
=
∫
0
1
d
u
(
1
−
u
)
2
1
[
u
1
−
u
A
+
B
]
2
=
∫
0
∞
d
λ
[
λ
A
+
B
]
2
{\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {1}{AB}}&=\int _{0}^{1}{\frac {du}{\left[uA+(1-u)B\right]^{2}}}\\&=\int _{0}^{1}{\frac {du}{(1-u)^{2}}}{\frac {1}{\left[{\frac {u}{1-u}}A+B\right]^{2}}}\\&=\int _{0}^{\infty }{\frac {d\lambda }{\left[\lambda A+B\right]^{2}}}\\\end{aligned}}}
В более общем случае мы имеем
1
A
m
B
n
=
Γ
(
m
+
n
)
Γ
(
m
)
Γ
(
n
)
∫
0
∞
λ
m
−
1
d
λ
[
λ
A
+
B
]
n
+
m
,
{\displaystyle {\frac {1}{A^{m}B^{n}}}={\frac {\Gamma (m+n)}{\Gamma (m)\Gamma (n)}}\int _{0}^{\infty }{\frac {\lambda ^{m-1}d\lambda }{\left[\lambda A+B\right]^{n+m}}},}
где
Γ
{\displaystyle \Gamma }
— гамма-функция .
Эта форма может быть полезна при объединении линейного знаменателя
A
{\displaystyle A}
с квадратичным знаменателем
B
{\displaystyle B}
, например, в эффективной теории тяжелых кварков (HQET).
Симметричная форма
править
Иногда используется симметричная форма параметризации, где вместо этого выполняется интеграл на интервале
[
−
1
,
1
]
{\displaystyle [-1,1]}
, что приводит к:
1
A
B
=
2
∫
−
1
1
d
u
[
(
1
+
u
)
A
+
(
1
−
u
)
B
]
2
.
{\displaystyle {\frac {1}{AB}}=2\int _{-1}^{1}{\frac {du}{\left[(1+u)A+(1-u)B\right]^{2}}}.}