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과학

보이트 프로파일

보이트 프로파일과학
영문명
Voigt profile
구성
정규 밀도와 코시 밀도의 합성곱
σ의 의미
정규 성분의 표준편차
γ의 의미
코시 성분의 반치반폭
보이트 프로파일은 정규분포와 코시분포의 밀도를 합성곱해 얻는 곡선이다. 두 종류의 퍼짐을 함께 표현하며, 두 곡선을 단순히 더한 혼합 모형과는 다르다.

두 퍼짐을 합성곱하는 방법

중심이 0인 정규 밀도를 G, 코시 밀도를 C라고 하면 V(x)=∫G(t)C(x−t)dt다. 독립적인 정규 확률변수와 코시 확률변수를 더한 값의 밀도로도 해석할 수 있다. 반면 가중합 aG(x)+(1−a)C(x)는 둘 중 어느 분포에서 관측값이 나왔는지를 섞는 모형이다. 더하기와 합성곱은 연산도 해석도 다르다.

폭을 나타내는 두 모수

σ는 정규 성분의 표준편차지만 γ는 코시 성분의 반치반폭이다. 코시 밀도 C(x)=γ/(π(x²+γ²))는 x=γ에서 중심 높이의 절반이 된다. 따라서 코시 성분의 반치전폭은 2γ다. 예를 들어 γ=3이면 반치전폭은 6이다. 이 값이 합성된 보이트 곡선의 반치전폭까지 곧바로 뜻하는 것은 아니다.

한 성분이 사라지는 경우

γ=0인 극한에서는 정규 밀도가 남고, σ=0이고 γ가 양수이면 코시 밀도가 남는다. σ와 γ가 모두 0이면 질량이 원점에 집중되는 퇴화한 경우다. 이를 보통의 유한한 밀도 곡선처럼 취급하면 안 된다. 두 폭이 모두 양수인 경우 곡선은 중심을 기준으로 대칭이고 전체 적분은 1이다. 대칭이라는 이유만으로 분산이 유한해지는 것은 아니다.

파데예바 함수로 나타내기

σ가 양수일 때 z=(x+iγ)/(√2σ)로 두면 V(x)=Re[w(z)]/(σ√(2π))다. w는 파데예바 함수이며 복소 출력 전체가 아니라 실수부를 사용한다. 두 폭과 x를 같은 양의 배수 a만큼 늘리면 V(ax;aσ,aγ)=V(x;σ,γ)/a가 된다. 가로 폭이 늘어날 때 높이가 낮아져 전체 면적은 유지된다. 중심 위치가 μ인 곡선을 계산할 때는 x 대신 x−μ를 사용한다.

관련 문서

파데예바 함수 / 정규분포 / 코시분포 / 합성곱 / 확률밀도함수 / 표준편차