
#ResearchHighlight
ð The q-Deformed Hamiltonian, Lagrangian, Entropy and Fisher Information
ð Authors: Worachat Bukaew (IF, Naresuan Univ., Thailand) and Sikarin Yoo-Kong (IF, Naresuan Univ., Thailand)
ð āļāļ§āļēāļĄāļŠāļģāļāļąāļāđāļĨāļ°āļāļĩāđāļĄāļē
āđāļāļāđāļāļĢāļāļĩāļāļąāđāļāđāļāđāļāļāļĢāļīāļĄāļēāļāļāļ·āđāļāļāļēāļāļāļĩāđāļŠāļģāļāļąāļāļāļąāļāļŦāļāļķāđāļāđāļāļāļīāļŠāļīāļāļŠāđāļāļķāđāļāļāļļāļāđāļĢāļīāđāļĄāļāđāļāļāļģāđāļāļīāļāļĄāļēāļāļēāļāļāļļāļāļŦāļāļĨāļĻāļēāļŠāļāļĢāđāļāļēāļāļāļąāđāļāđāļāļ§āļāļīāļāđāļāđāļāļĒāļēāļĒāđāļāļĒāļąāļāļāļĨāļĻāļēāļŠāļāļĢāđāđāļāļīāļāļŠāļāļīāļāļīāđāļāļāļāļĨāļēāļŠāļŠāļīāļ āļāļĢāļīāļĄāļēāļāđāļāļāđāļāļĢāļāļĩāļāļĩāđāļĢāļđāđāļāļąāļāļāļąāļāļāļĩāđāļāļāļīāļŠāļīāļāļŠāđāļāļ·āļ āļāļīāđāļ-āļāđāļāļĨāļāļāđāļĄāļąāļāđāļāļāđāļāļĢāļāļĩ āļāļāļāļāļēāļāļāļąāļąāđāļāđāļĨāđāļ§āļāļĢāļīāļĄāļēāļāđāļāļāđāļāļĢāļāļĩāļĒāļąāļāđāļāļĄāļĩāļāļāļāļēāļāļŠāļģāļāļąāļāđāļāļāļĪāļĐāļāļĩāļāļēāļĢāļŠāļ·āđāļāļŠāļēāļĢāļāļķāđāļāļĢāļđāđāļāļąāļāļāļąāļāđāļāļāļ·āđāļ āđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļāļĢāļāļĩ āđāļāđāļāļāļāļ§āđāļēāđāļĄāđāļ§āđāļēāļāļ°āđāļāđāļ āļāļīāđāļ-āļāđāļāļĨāļāļāđāļĄāļąāļ āļŦāļĢāļ·āļ āđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļāļĢāļāļĩ āļāļąāđāļāļāļĒāļđāđāđāļāļĢāļđāļāļāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāđāļēāđāļāļĨāļ·āđāļĒāđāļāļīāļāđāļŠāđāļāļāļāļāļāļĢāļīāļĄāļēāļāļāļĩāđāđāļāļāļāļāļāđāļĢāļĩāļĒāļāļ§āđāļē āđāļāļāļĢāđāđāļāļĢāļŠāđāļāļąāļĨ(āļāļ§āļēāļĄāļāļĢāļ°āļŦāļĨāļēāļāđāļ āļŦāļĢāļ·āļ āļāļīāļāļāļāļĢāđāđāļĄāļāļąāļ) āđāļĢāļāļĒāļĩāđāļĢāļīāđāļĄāļāļąāđāļāļāļģāļāļēāļĄāļ§āđāļē āļāļ°āļĄāļĩāļĢāļđāļāļāļāļāđāļāļāđāļāļĢāļāļĩāđāļāļĢāļđāļāđāļāļāļāļ·āđāļāļĄāļąāđāļĒāđāļāļĒāļāļĩāđāļĒāļąāļāļĄāļĩāļŠāļĄāļāļąāļāļīāļāļ·āđāļāļāļēāļāļāļēāļāļāļāļīāļāļĻāļēāļŠāļāļĢāđāđāļŦāļĄāļ·āļāļāđāļāļīāļĄ āđāļĨāļ°āđāļāļēāļāđāļāļāļ§āđāļēāļĄāļĩāđāļāđāđāļĢāļāļĒāļĩāđāļāļāđāļāļĢāļāļĩāļāļąāđāļāļĄāļēāļāļĢāđāļāļĄāļāļąāļāļāļēāļĢāļēāļĄāļīāđāļāļāļĢāđ 1 āļāļąāļ§ āđāļāļĒāļāļĩāđāļŦāļēāļāļāļīāļāļēāļĢāļāļēāļĨāļīāļĄāļīāļāļŠāļģāļŦāļĢāļąāļāļāļēāļĢāļēāļĄāļīāđāļāļāļĢāđāļāļĩāđ āđāļāļāļāļāļ-āļāļīāđāļ-āļāđāļāļĨāļāļāđāļĄāļąāļāđāļāļāđāļāļĢāļāļĩ āļāļāļāļāļēāļāļāļąāđāļāđāļĨāđāļ§āļāļēāļĨāļĨāļīāļŠāđāļāđāļāļģāđāļŠāļāļāđāļāļāđāļāļĢāļāļĩāļĢāļđāļāđāļāļāđāļŦāļĄāđāļŠāļģāļŦāļĢāļąāļāļĢāļ°āļāļāļāļĩāđāļĄāļĩāļāļāļĨāļĨāļĩāđāļĢāļāļąāļāļāļąāļāļ āļēāļĒāđāļāđāļĨāļ°āļāļĢāļ°āđāļāđāļāļāļĩāđāļāđāļēāļŠāļāđāļāļāļ·āļ āļāļēāļĨāļĨāļīāļŠāđāļāļāđāļāļĢāļāļĩāļāļĩāđāļĄāļēāļāļĢāđāļāļĄāļāļąāļāļāļēāļĢāļēāļĄāļīāđāļāļāļĢāđāđāļŦāļĄāļ·āļāļāļāļąāļ āđāļĨāļ°āļāļĩāđāļāđāļēāļŠāļāđāļāđāļāļāļ§āđāļēāļāļąāđāļāļāļ·āļ āļāļēāļĨāļĨāļīāļŠāđāļāļāđāļāļĢāļāļĩāļāļąāđāļāļĄāļĩāđāļāļĢāļāļŠāļĢāđāļēāļāđāļāļĩāđāļĒāļ§āļāđāļāļāđāļāļĒāļāļĢāļāļāļąāļāļāļĪāļĐāļāļĩāļāļāļīāļāļĻāļēāļŠāļāļĢāđāļāļĩāđāđāļĢāļĩāļĒāļāļ§āđāļē āđāļāļĨāļāļāļąāļāļāļąāļĨāđāļāļĨāļāļđāļĨāļąāļŠāļŦāļĢāļ·āļāļĒāđāļāļĒāļĨāļāļĄāļēāđāļāļāļĢāļīāļāļ q-āļāļĩāļāļāļĢāđāđāļĄāļāļąāļāļŠāļģāļŦāļĢāļąāļāļāļāļļāļāļąāļāļāđāđāļĨāļ°āļāļĢāļīāļāļąāļāļāđāļāļĩāļāļāļąāđāļāļāļąāļāļāđāļāļąāļāļāļēāļāļāļāļīāļāļĻāļēāļŠāļāļĢāđāļāļ·āđāļāđ āđāļāđāļ āļāļąāļāļāđāļāļąāļāđāļāđāļāđāļāđāļāļāđāļāļĩāļĒāļĨ āđāļāđāļāļāđāļ āđāļĨāļ°āļ āļēāļĒāđāļāđāļāļēāļĢāļāļīāļāļēāļĢāļāļēāļĨāļīāļĄāļīāļāļāļĩāđāđāļŦāļĄāļēāļ°āļŠāļĄāļāļāļāļāļēāļĢāļēāļĄāļīāđāļāļāļĢāđ q āđāļĢāļēāļāļ°āđāļāđāļĢāļđāļāđāļāļāļĄāļēāļāļĢāļāļēāļāļāļāļāļāļļāļāļāļĒāđāļēāļāļāļĨāļąāļāļĄāļē
āļŠāļģāļŦāļĢāļąāļāđāļāđāļāđāļāļāļāļāļĨāļĻāļēāļŠāļāļĢāđāļĨāļēāļāļĢāļāļāļāđāđāļĨāļ°āļŪāļēāļĄāļīāļĨāļāļąāļāļāļąāđāļāđāļāđāļĄāļĩāļāļēāļĢāļāđāļāļāļāļĢāļđāļāđāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĩāļĒāļāļĨāļēāļāļĢāļēāļāđāļāļĩāļĒāļāđāļāļāđāļŦāļĄāđāļŠāļģāļŦāļĢāļąāļāļŦāļĢāļąāļāļāļĢāļāļĩāļĢāļ°āļāļāļāļĩāļĩāđāļĄāļĩ 1 āļāļąāļ§āđāļāļĢāđāļĢāļĩāļĒāļāļ§āđāļē āļĨāļēāļāļĢāļēāļāđāļāļĩāļĒāļāļāļĨāļāļđāļāļāļķāđāļāļĄāļēāļāļĢāđāļāļĄāļāļąāļāļāļēāļĢāļēāļĄāļīāđāļāļāļĢāđ āđāļĨāļ°āļ āļēāļĒāđāļāđāļāļēāļĢāļāļīāļāļēāļĢāļāļēāļĨāļīāļĄāļīāļāļāļĩāđāđāļŦāļĄāļēāļ°āļŠāļĄāļāļāļāļāļēāļĢāļēāļĄāļīāđāļāļāļĢāđāļāļ°āđāļŦāđāļĨāļēāļāļĢāļēāļāđāļāļĩāļĒāļāļĢāļđāļāđāļāļāļĄāļēāļāļĢāļāļēāļ āđāļāđāļāļāļāļ§āđāļēāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļģāļāļēāļĢāļŦāļēāļŪāļēāļĄāļīāļĨāđāļāđāļāļĩāļĒāļāļāļĩāđāļŠāļāļāļāļĨāđāļāļāļāļąāļāļĨāļēāļāļĢāļēāļāđāļāļĩāļĒāļāļāļĨāļāļđāļāđāļāđ āļŠāļīāđāļāļāđāļāļŠāļąāļāđāļāļāļāļĩāđāļāđāļēāļŠāļāđāļāļāļķāđāļāđāļāđāļāļĩāđāđāļ§āđāđāļāļāļēāļāļāļīāđāļāļāļĩāđāļāļ·āļ āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĩāļĒāļāļŪāļēāļĄāļīāļĨāđāļāđāļāļĩāļĒāļāļāļĨāļāļđāļāļāļĩāđāđāļŦāđāļāļĒāļđāđāđāļāļĢāļđāļāđāļāļāđāļāļĩāļĒāļ§āļāļąāļāđāļāļāļāļāļĨāļĨāļīāļŠāđāļāļāđāļāļĢāļāļĩ(āđāļāđāđāļĄāđāđāļāđāļāļāļāļ§āđāļēāļāļĢāļīāļĄāļēāļāļāļąāđāļ 2 āļāļąāđāļāļŠāļąāļĄāļāļąāļāļāđāļāļąāļ)
āļāļāļāļāļēāļāļāļĢāļīāļĄāļēāļāđāļāļāđāļāļĢāļāļĩāļāļĩāđāđāļāđāđāļāļāļēāļĢāļ§āļąāļāļāļĢāļīāļĄāļēāļāļāļīāļāļāļāļĢāđāđāļĄāļāļąāļāļāļāļāļĢāļ°āļāļāđāļĨāđāļ§āđāļĢāļēāļĒāļąāļāļĄāļĩāļāļĢāļīāļĄāļēāļāļāļĩāđāđāļĢāļĩāļĒāļāļ§āđāļē āļāļīāļāđāļāļāļĢāđāļāļīāļāļāļāļĢāđāđāļĄāļāļąāļ āļāļķāđāļāļĄāļāļāđāļāđāļ§āđāļēāļŦāļēāļāļāļĢāļīāļĄāļēāļāđāļāļāđāļāļĢāļāļĩāļāļąāđāļāļāļāļīāļāļēāļĒāļāļēāļĢāļ§āļīāļ§āļąāļāļāđāļāļāļāļĢāļ°āļāļāđāļāļīāļāļŠāļāļīāļāļī āļāļīāļāđāļāļāļĢāđāļāļąāđāļāļĄāļĩāđāļāļēāđāļ§āđāļāļđāđāļāļĢāļāļŠāļĢāđāļēāļāļ āļēāļĒāđāļāļāļāļāļĢāļ°āļāļ āļāļąāļāļāļąāđāļāļāļēāļĢāļāļĩāđāđāļĢāļēāļĢāļđāđāļāļąāđāļ 2 āļāļĢāļīāļĄāļēāļāļŠāļģāļŦāļĢāļąāļāļĢāļ°āļāļāđāļāđāļāļ°āļāļģāđāļŦāđāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļĻāļķāļāļĐāļēāļĢāļ°āļāļāđāļāđāļāļĒāđāļēāļāļŠāļĄāļāļđāļĢāļāđāđāļāļāļĄāļēāļāļāļķāđāļ āļāļąāđāļāļāļĩāđāļĄāļĩāļŦāļĨāļēāļĒāļāļāļāļĒāļēāļĒāļēāļĄāļŠāļĢāđāļēāļāļāļīāļāđāļāļāļĢāđāļāļīāļāļāļāļĢāđāđāļĄāļāļąāļāļāļĩāđāļĄāļĩāļāļēāļĢāļēāļĄāļīāđāļāļāļĢāđāļŦāļĨāļēāļāļŦāļĨāļēāļĒāļĢāļđāļāđāļāļāļāļķāđāļāļāļĒāļđāđāļāļąāļāļ§āļąāļāļāļļāļāļēāļĢāļāļģāđāļāđāļāđāđāļāļīāļāļŠāļāļīāļāļī(āļāļĢāļāļāļĩāđāđāļāļĩāļĒāļāļāļąāļāļāļēāļĢāļāļĩāđāđāļĢāļēāļĄāļĩāđāļĢāļāļĒāļĩāđāļāļāđāļāļĢāļāļĩāļŦāļĢāļ·āļāļāļāļĨāļĨāļīāļŠāđāļāļāđāļāļĢāļāļĩ) āđāļāļāļēāļĢāļĻāļĩāļāļĐāļēāļāļāļāđāļĢāļēāļāļĩāđāļāļąāđāļāđāļĢāļēāļŠāļĢāđāļēāļāļāļīāļāđāļāļāļĢāđāļāļīāļāļāļāļĢāđāđāļĄāļāļąāļāļŠāļģāļŦāļĢāļąāļāļāļĢāļāļĩāļāļąāļ§āđāļāļĢāļŠāļļāđāļĄ 1 āļāļąāļ§āđāļĨāļ°āļāļąāļ§āđāļāļĢāļāļĩāđāļāđāļāļāļāļēāļĢāļāļĢāļ°āļĄāļēāļ 1 āļāļąāļ§āļāļēāļāļāļēāļĢāļāļēāļĻāļąāļĒāļĄāļļāļĄāļĄāļāļāļāļ§āļēāļĄāđāļāļ·āđāļāļĄāđāļĒāļāļĢāļ°āļŦāļ§āđāļēāļāļāļīāļāđāļāļāļĢāđāļāļīāļāļāļāļĢāđāđāļĄāļāļąāļāļāļąāļāđāļāļāļāļąāļāļāļąāļāļāđāļāļąāļāļāļąāļĨāđāļĨāļ°āļĨāļēāļāļĢāļēāļāđāļāļĩāļĒāļāļāļĨāļāļđāļ āđāļāđāļāļāļāļ§āđāļēāļāļīāļāđāļāļāļĢāđāļāļīāļāļāļāļĢāđāđāļĄāļāļąāļāļāļĩāđāđāļāđāļāļāļāļĄāļēāļāļąāđāļāļāļ°āļĄāļĩāļāļēāļĢāļēāļĄāļīāđāļāļāļĢāđ 1 āļāļąāļ§āđāļĨāļ°āđāļĄāļ·āđāļāļāļģāļāļēāļĢāļāļīāļāļēāļĢāļāļēāļĨāļīāļĄāļīāļāļāļĩāđāđāļŦāļĄāļēāļ°āļŠāļĄāļāļ°āđāļāđāļāļīāļāđāļāļāļĢāđāļāļīāļāļāļāļĢāđāđāļĄāļāļąāļāļĄāļēāļāļĢāļāļēāļāļāļĨāļąāļāļĄāļē āļāļĢāļ°āđāļāđāļāļāļĩāđāļāđāļēāļŠāļāđāļāļāļ·āļ āļŦāļēāļāđāļĢāļēāļāļģāļāļēāļĢāļāļĢāļ°āļāļēāļĒāļāļāļļāļāļĢāļĄāļāļāļāļāļīāļāđāļāļāļĢāđāđāļāļĩāļĒāļāļāļąāļāļāļēāļĢāļēāļĄāļīāđāļāļāļĢāđāđāļĢāļēāļāļ°āđāļāđāļāļļāļāļāļāļāļāļīāļāđāļāļāļĢāđāļāļīāļāļāļāļĢāđāđāļĄāļāļąāļ(āļŦāļĢāļ·āļāđāļĢāļĩāļĒāļāļ§āđāļē āđāļŪāļāļ°āļĢāļēāļāļĩ) āđāļāļĒāļĄāļĩāļāļīāļāđāļāļāļĢāđāļāļīāļāļāļāļĢāđāđāļĄāļāļąāļāļĄāļēāļāļĢāļāļēāļāđāļāđāļāļāļąāļ§āđāļĢāļāđāļāđāļŪāļāļ°āļĢāļēāļāļĩ āļāļ§āļēāļĄāļāđāļēāļŠāļāđāļāđāļāļīāļāļĢāļđāļāļāļāļīāļāļĻāļēāļŠāļāļĢāđāļāļ·āļ āļāļīāļāđāļāļāļĢāđāļāļīāļāļāļāļĢāđāđāļĄāļāļąāļāđāļŦāļĄāđāļāļĩāđāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĩāļĒāļāđāļāđāđāļŦāļĄāļ·āļāļāļāļąāļāļāļąāļāļāļāļĨāļĨāļīāļŠāđāļāļāđāļāļĢāļāļĩāđāļĨāļ°āđāļāđāļāļāļāļ§āđāļēāļŠāļĄāļāļąāļāļīāļāļāļāļāļēāļĢāļāļ§āļāļĒāļāļĄāđāļĄāđāđāļāđāļāļāļĢāļīāļāļāļēāļĄāđāļāļāđāļ§āļĒ āļāļĒāđāļēāļāđāļĢāļāđāļāļĩāđāļāđāļāđāļāļāļāļāļēāļĢāļāļģāđāļāļāļĢāļ°āļĒāļļāļāļāđāđāļāđāļāļąāđāļāļĒāļąāļāļāļāđāļāđāļāļāļąāļāļŦāļēāļāļĨāļēāļĒāđāļāļīāļ
ð āļāļĨāļŠāļąāļĄāļĪāļāļāļīāđāļŠāļģāļāļąāļ
– āļāļģāđāļŠāļāļāđāļāļ§āļāļēāļāļāļēāļĢāļŠāļĢāđāļēāļāļĨāļēāļāļĢāļēāļāđāļāļĩāļĒāļāđāļĨāļ°āļŪāļēāļĄāļīāļĨāđāļāđāļāļĩāļĒāļāđāļāļāđāļŦāļĄāđāļāļĩāđāļĄāļĩāļāļēāļĢāļēāļĄāļīāđāļāļāļĢāđāļŦāļĨāļēāļĒāļāļąāļ§āļāđāļēāļāđāļāļ§āļāļīāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāđāļāļąāļāļŦāļēāļĒāđāļāļāļāļĨāļąāļāļāļāļāđāļāļĨāļāļđāļĨāļąāļŠāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļąāļ
– āļŠāļĢāļļāļāļ āļēāļāļĢāļ§āļĄāđāļāļ§āļāļīāļāļāļāļāđāļāļāđāļāļĢāļāļĩāļāļĩāđāļĄāļĩāļāļĒāļđāđāļŦāļĨāļēāļāļŦāļĨāļēāļĒ
– āļŠāļĢāđāļēāļāļāļīāļāđāļāļāļĢāđāļāļīāļāļāļāļĢāđāđāļĄāļāļąāļāļŠāļģāļŦāļĢāļąāļāļāļĢāļāļĩ 1 āļāļēāļĢāļēāļĄāļīāđāļāļāļĢāđāļāļāļāļĢāļ°āļāļāļāļĩāđāļĄāļĩāļāļąāļ§ 1 āļāļąāļ§āđāļāļĢāļŠāļļāđāļĄāđāļĨāļ° 1 āļāļąāļ§āđāļāļĢāļāļēāļāļāļ°āđāļ āļāļĩāļāļāļąāđāļāļĒāļąāļāļāļĩāđāļāļĢāļ°āđāļāđāļāđāļāļĢāļāļŠāļĢāđāļēāļāđāļĨāļ°āļŠāļĄāļāļąāļāļīāļāļēāļāļāļāļīāļāļĻāļēāļŠāļāļĢāđāļāļĩāđāļāļēāļāļĄāļĩāļāļ§āļēāļĄāđāļāļ·āđāļāļĄāđāļĒāļāđāļāļĒāļąāļāļāļāļĨāļĨāļīāļŠāđāļāļāđāļāļĢāļāļĩ
ð Motivation and background
Entropy is one of the fundamental quantities in physics and its originality can be tracked back to thermodynamics and later the idea was extended to the classical statistical mechanics. In this context, the entropy is named as the Gibbs-Boltzmann entropy. In the communication context, the entropy also plays an important role and is known as the Shannon entropy. The Shannon entropy can be viewed as a linear average of the surprisal (information). Later, Renyi gives an alternative form of the entropy which is not in the form of the linear average of the surprisal. The point is that Renyi entropy comes with a parameter and with an appropriate limit on the parameter, the Shannon entropy is recovered. Furthermore, the Renyi entropy follows the same mathematical properties with the Gibbs-Boltzmann entropy, e.g. additive property. Another entropy, called the Tsallis entropy, was constructed to explain the system with internal correlations. An interesting point is that the Tsallis entropy possesses a mathematical structure known as the fractional calculus, or more precise, the q-deformation for differentiation and integration. Of course, under the appropriate limit, the Gibbs-Boltzmann entropy is recovered.
In the Lagrangian and Hamiltonian mechanics perspective, an alternative form, known as the multiplicative form, of the Lagrangian and Hamiltonian for the case of 1 variable were constructed. These Lagrangian and Hamiltonian come with a parameter and under the appropriate limit, the standard Lagrangian and Hamiltonian are recovered.
Apart from the entropy for quantifying the information, the Fisher information is another quantity that can be used, but with different aspect. In literature, there exist many extended Fisher information with one or many parameters. In this work, we construct another extended form of the Fisher information through the connection between the Fisher information and action functional together with the multiplicative form of the Lagrangian. Of course, this new Fisher information comes with a parameter and under appropriate limit, the standard Fisher information is recovered. Moreover, if one consider the infinite series with respect to the parameter, the Fisher information hierarchy is obtained. The standard Fisher information is the first one in the hierarchy. An interesting feature is that this new Fisher information can be mathematically expressed in the same form with the Tsallis entropy. However, the application of this new Fisher information is an open problem.
ð Key results
– Given a construction of new types of Lagrangian and Hamiltonian with multi-parameters through the inverse problem of the calculus of variation.
– Given an overview of various entropies in literature.
– Give a new type of Fisher information called a one-parameter Fisher information for a system with one random variable and one estimated parameter. Furthermore, the mathematical structure and properties, which could be possibly connected to the Tsallis entropy, of this new Fisher information are noted.
ð Journal :
https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-981-19-0668-8_18
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