<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.4 20241031//EN" "JATS-journalpublishing1-4.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article" dtd-version="1.4" xml:lang="en">
  <front>
    <journal-meta>
      <journal-id journal-id-type="publisher-id">jamp</journal-id>
      <journal-title-group>
        <journal-title>Journal of Applied Mathematics and Physics</journal-title>
      </journal-title-group>
      <issn pub-type="epub">2327-4379</issn>
      <issn pub-type="ppub">2327-4352</issn>
      <publisher>
        <publisher-name>Scientific Research Publishing</publisher-name>
      </publisher>
    </journal-meta>
    <article-meta>
      <article-id pub-id-type="doi">10.4236/jamp.2026.144066</article-id>
      <article-id pub-id-type="publisher-id">jamp-150743</article-id>
      <article-categories>
        <subj-group>
          <subject>Article</subject>
        </subj-group>
        <subj-group>
          <subject>Physics</subject>
          <subject>Mathematics</subject>
        </subj-group>
      </article-categories>
      <title-group>
        <article-title>Hermite Polynomials and the Quantum Harmonic Oscillator: An Algebraic Approach</article-title>
      </title-group>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author" corresp="yes">
          <contrib-id contrib-id-type="orcid">0000-0001-8890-7616</contrib-id>
          <name name-style="western">
            <surname>Nascimento</surname>
            <given-names>Luciano</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff1">1</xref>
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author">
          <contrib-id contrib-id-type="orcid">0009-0006-7366-8484</contrib-id>
          <name name-style="western">
            <surname>Almeida</surname>
            <given-names>Orlando Batista de</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff1">1</xref>
        </contrib>
      </contrib-group>
      <aff id="aff1"><label>1</label> Department and Coordination of the Licentiate in Mathematics, Federal Institute of Education, Science and Technology of Paraíba (IFPB/CG-PB), Campina Grande-PB, Brazil </aff>
      <author-notes>
        <fn fn-type="conflict" id="fn-conflict">
          <p>The authors declare no conflicts of interest regarding the publication of this paper.</p>
        </fn>
      </author-notes>
      <pub-date pub-type="epub">
        <day>01</day>
        <month>04</month>
        <year>2026</year>
      </pub-date>
      <pub-date pub-type="collection">
        <month>04</month>
        <year>2026</year>
      </pub-date>
      <volume>14</volume>
      <issue>04</issue>
      <fpage>1416</fpage>
      <lpage>1440</lpage>
      <history>
        <date date-type="received">
          <day>14</day>
          <month>02</month>
          <year>2026</year>
        </date>
        <date date-type="accepted">
          <day>12</day>
          <month>04</month>
          <year>2026</year>
        </date>
        <date date-type="published">
          <day>15</day>
          <month>04</month>
          <year>2026</year>
        </date>
      </history>
      <permissions>
        <copyright-statement>© 2026 by the authors and Scientific Research Publishing Inc.</copyright-statement>
        <copyright-year>2026</copyright-year>
        <license license-type="open-access">
          <license-p> This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license ( <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/</ext-link> ). </license-p>
        </license>
      </permissions>
      <self-uri content-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.4236/jamp.2026.144066">https://doi.org/10.4236/jamp.2026.144066</self-uri>
      <abstract>
        <p>This study presents a complete algebraic formulation of the quantum harmonic oscillator, demonstrating that the Hermite polynomials, <inline-formula><mml:math></mml:math></inline-formula></p>
        <p>H</p>
        <p>n</p>
        <p>(</p>
        <p>x</p>
        <p>)</p>
        <p>, emerge as the fundamental solution when the power-series method is applied to the Schrödinger equation. The physical requirement of square integrability enforces the truncation of the series, leading precisely to these polynomials, which constitute the polynomial part of the energy eigenfunctions, <inline-formula><mml:math></mml:math></inline-formula></p>
        <p>ψ</p>
        <p>n</p>
        <p>(</p>
        <p>x</p>
        <p>)=</p>
        <p>N</p>
        <p>n</p>
        <p>H</p>
        <p>n</p>
        <p>(</p>
        <p>αx</p>
        <p>)</p>
        <p>e</p>
        <p>−</p>
        <p>α</p>
        <p>2</p>
        <p>x</p>
        <p>2</p>
        <p>/2</p>
        <p>, where <inline-formula><mml:math></mml:math></inline-formula></p>
        <p>n</p>
        <p>is the quantum number. This quantum number directly determines the quantized energy levels through <inline-formula><mml:math></mml:math></inline-formula></p>
        <p>E</p>
        <p>n</p>
        <p>=ℏω(</p>
        <p>n+</p>
        <p>1</p>
        <p>2</p>
        <p>)</p>
        <p>. The analysis based on creation and annihilation operators further reveals that the action of the creation operator on the ground state generates the excited states along with their corresponding Hermite functions. The orthogonality of these polynomials ensures the orthonormality of the complete set of eigenfunctions. Additionally, the geometric Berry phase emerges as a natural extension when the system undergoes adiabatic cyclic changes, revealing a deeper topological structure that complements the conventional algebraic and analytic descriptions. Therefore, Hermite polynomials encapsulate both the mathematical structure and the physical essence of quantization in this fundamental system.</p>
      </abstract>
      <kwd-group kwd-group-type="author-generated" xml:lang="en">
        <kwd>Quantum Harmonic Oscillator</kwd>
        <kwd>Hermite Polynomials</kwd>
        <kwd>Schrödinger Equation</kwd>
        <kwd>Algebraic and Analytical Methods</kwd>
        <kwd>Berry Phase</kwd>
      </kwd-group>
    </article-meta>
  </front>
  <body>
    <sec id="sec1">
      <title>1. Introduction</title>
      <p>The quantum harmonic oscillator constitutes one of the fundamental systems of modern quantum mechanics, standing out for being exactly solvable and for serving as a conceptual and mathematical model for a wide variety of physical phenomena. Its importance transcends the didactic character, being widely employed in the description of molecular vibrations in spectroscopy, in the quantization of electromagnetic fields in quantum electrodynamics, in field theory, in the analysis of normal modes in crystalline solids, and in the approximation of real potentials around stable equilibrium points [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>][<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>].</p>
      <p>Historically, the quantum harmonic oscillator is intimately linked to the emergence of quantum mechanics itself. The introduction of energy quantization by Planck, in the context of blackbody radiation, already anticipated the idea of discrete modes associated with harmonic oscillators. Subsequently, with the development of the Schrödinger equation, it became evident that this system admitted discrete, orthogonal, and physically interpretable solutions, playing a central role in the consolidation of the probabilistic interpretation of quantum theory [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>].</p>
      <p>From a formal point of view, the quantum harmonic oscillator admits two complementary and mathematically elegant approaches: the analytical formulation, based on the direct resolution of the Schrödinger differential equation, and the algebraic formulation, founded on the use of creation and annihilation operators [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>]. This work offers a pedagogical synthesis that explicitly bridges these two approaches. While standard textbook derivations often present them in sequence, our aim is to highlight the direct correspondence between them, showing step-by-step how the operator algebra maps onto the properties of Hermite polynomials and vice-versa. We provide a clear crosswalk between the differential-operator form of the ladder operators and the recurrence relations and Rodrigues formula for the Hermite polynomials, solidifying the connection between the algebraic and analytic perspectives.</p>
      <p>Hermite polynomials arise naturally in the analytical treatment of the harmonic oscillator when adequate physical conditions are imposed on the solutions of the Schrödinger equation. The requirement that the wave functions be square-integrable, an indispensable condition for the probabilistic interpretation of the quantum formalism, imposes rigorous restrictions on the asymptotic behavior of the solutions, selecting only a discrete set of mathematically well-behaved functions. This procedure unequivocally leads to Hermite polynomials as the polynomial part of the system’s eigenfunctions [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>].</p>
      <p>In this context, the degree of the Hermite polynomial is directly associated with the quantum state of the system, simultaneously determining the energy and the spatial form of the wave function. The ground state corresponds to the lowest-degree solution, characterized by a Gaussian distribution, while the excited states exhibit progressively more complex nodal structures, reflecting the energy hierarchy of the system. In the algebraic approach, this structure emerges naturally from the successive action of the creation operator on the ground state, establishing a direct correspondence between the ladder operators and the Hermite polynomials [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>][<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>]. Recent studies have further explored the role of quantum fluctuations in analogous systems, such as the investigation of vacuum fluctuations in inorganic compounds [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>].</p>
      <p>The mathematical properties of Hermite polynomials, such as their recurrence relations, their operational representation, and their orthogonality, play a central role in the description of the quantum harmonic oscillator. In particular, orthogonality ensures that the system’s eigenfunctions form a complete set, allowing the expansion of arbitrary quantum states and ensuring the mathematical and physical consistency of the theory [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>].</p>
      <p>In this work, a compact and rigorous analytical description of the quantum harmonic oscillator is developed, highlighting Hermite polynomials as the natural solution of the Schrödinger equation. The analysis is conducted predominantly within the algebraic formalism, in which creation and annihilation operators are constructed from the canonical position and momentum variables and used to reformulate the system’s Hamiltonian. This approach allows a clear and systematic understanding of the origin of energy quantization and the central role of Hermite polynomials in the mathematical structure and physical interpretation of this fundamental system.</p>
    </sec>
    <sec id="sec2">
      <title>2. Theoretical Foundation</title>
      <p>This study is confined to the one-dimensional, non-relativistic, time-independent quantum harmonic oscillator. We consider a particle of constant mass <inline-formula><mml:math><mml:mi> m </mml:mi></mml:math></inline-formula> oscillating with constant angular frequency <inline-formula><mml:math><mml:mi> ω </mml:mi></mml:math></inline-formula> in a quadratic potential. The analysis is carried out within the standard position representation of wave mechanics, focusing on the bound states of the system.</p>
      <sec id="sec2dot1">
        <title>2.1. The Classical Harmonic Oscillator</title>
        <p>The classical harmonic oscillator is characterized by a quadratic potential <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> V </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac><mml:mi> m </mml:mi><mml:msup><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi> x </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , where <inline-formula><mml:math><mml:mi> m </mml:mi></mml:math></inline-formula> represents the particle mass and <inline-formula><mml:math><mml:mi> ω </mml:mi></mml:math></inline-formula> the angular oscillation frequency. The classical equation of motion is given by Newton’s second law [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>]:</p>
        <disp-formula id="FD1">
          <label>(1)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>m</mml:mi>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>k</mml:mi>
              <mml:mi>x</mml:mi>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> m </mml:mi><mml:msup><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the force constant. This is a second-order linear differential equation with constant coefficients, whose solution can be obtained by the Frobenius method (power series solution) or more simply by assuming a complex exponential solution. <xref ref-type="fig" rid="fig1">Figure 1</xref> shows a schematic diagram of the classical harmonic oscillator. This figure illustrates the mass-spring system with quadratic potential, where the mass <inline-formula><mml:math><mml:mi> m </mml:mi></mml:math></inline-formula> is attached to a spring of constant <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> m </mml:mi><mml:msup><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and executes simple harmonic motion <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> A </mml:mi><mml:mi> cos </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> δ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> around the equilibrium position <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>Classical Solution via the Frobenius Method</p>
        <p>In this subsection, the classical differential equation associated with the harmonic</p>
        <fig id="fig1">
          <label>Figure 1</label>
          <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724584-rId46.jpeg?20260415111924" />
        </fig>
        <p><bold>Figur</bold><bold>e 1</bold><bold>.</bold> Classical harmonic oscillator: mass-spring system with quadratic potential. Source: Personal archive.</p>
        <p>oscillator is generalized by means of a power series solution, employing the Frobenius method. Although the equation admits an elementary solution in terms of trigonometric functions, this approach is adopted for its conceptual value, as it anticipates the mathematical structure that emerges in the quantum treatment of the problem and establishes a direct parallel with the series method applied to the Schrödinger equation.</p>
        <p>The classical harmonic oscillator equation can be rewritten as:</p>
        <disp-formula id="FD2">
          <label>(2)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Assuming a power series solution in time [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>]:</p>
        <disp-formula id="FD3">
          <label>(3)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:munderover>
                <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                </mml:mstyle>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>∞</mml:mi>
              </mml:munderover>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:msup>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Differentiating term by term:</p>
        <disp-formula id="FD4">
          <label>(4)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:munderover>
                <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                </mml:mstyle>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>∞</mml:mi>
              </mml:munderover>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:msup>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:munderover>
                <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                </mml:mstyle>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>∞</mml:mi>
              </mml:munderover>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:msup>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD5">
          <label>(5)</label>
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:munderover>
                <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                </mml:mstyle>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>∞</mml:mi>
              </mml:munderover>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:msup>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:munderover>
                <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                </mml:mstyle>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>∞</mml:mi>
              </mml:munderover>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:msup>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Substituting into the differential equation:</p>
        <disp-formula id="FD6">
          <label>(6)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:munderover>
                <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                </mml:mstyle>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>∞</mml:mi>
              </mml:munderover>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ω</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Since this equality must hold for all <inline-formula><mml:math><mml:mi> t </mml:mi></mml:math></inline-formula> , each coefficient must be zero:</p>
        <disp-formula id="FD7">
          <label>(7)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD8">
          <label>(8)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ω</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This is the recurrence relation that determines all coefficients from <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . We note that there are two independent series: one for even <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> (depending on <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ) and another for odd <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> (depending on <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ). Developing the first terms:</p>
        <p>Even series (<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ):</p>
        <disp-formula id="FD9">
          <label>(9)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ω</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mo>⋅</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ω</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mo>!</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD10">
          <label>(10)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ω</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                  <mml:mo>⋅</mml:mo>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ω</mml:mi>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                  <mml:mo>!</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD11">
          <label>(11)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>6</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ω</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>6</mml:mn>
                  <mml:mo>⋅</mml:mo>
                  <mml:mn>5</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ω</mml:mi>
                    <mml:mn>6</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>6</mml:mn>
                  <mml:mo>!</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD12">
          <mml:math>
            <mml:mo>⋮</mml:mo>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD13">
          <label>(12)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ω</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>!</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Odd series (<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ):</p>
        <disp-formula id="FD14">
          <label>(13)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>3</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ω</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                  <mml:mo>⋅</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ω</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                  <mml:mo>!</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD15">
          <label>(14)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>5</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ω</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>5</mml:mn>
                  <mml:mo>⋅</mml:mo>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>3</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ω</mml:mi>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>5</mml:mn>
                  <mml:mo>!</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD16">
          <label>(15)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>7</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ω</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>7</mml:mn>
                  <mml:mo>⋅</mml:mo>
                  <mml:mn>5</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>5</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ω</mml:mi>
                    <mml:mn>6</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>7</mml:mn>
                  <mml:mo>!</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD17">
          <mml:math>
            <mml:mo>⋮</mml:mo>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD18">
          <label>(16)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ω</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>!</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The general solution is therefore [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>]:</p>
        <disp-formula id="FD19">
          <label>(17)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:munderover>
                <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                </mml:mstyle>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>∞</mml:mi>
              </mml:munderover>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>ω</mml:mi>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>!</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
              </mml:mfrac>
              <mml:munderover>
                <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                </mml:mstyle>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>∞</mml:mi>
              </mml:munderover>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>ω</mml:mi>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>!</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>We recognize the series as the Taylor expansions of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> cos </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> sin </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , respectively [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>]:</p>
        <disp-formula id="FD20">
          <label>(18)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mi>cos</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ω</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>sin</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ω</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Defining <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> A </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup><mml:mo> + </mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi> ω </mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mtext> arctan </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> ω </mml:mi><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we obtain the canonical form:</p>
        <disp-formula id="FD21">
          <label>(19)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>A</mml:mi>
              <mml:mi>cos</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ω</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>δ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mi> A </mml:mi></mml:math></inline-formula> is the maximum oscillation amplitude and <inline-formula><mml:math><mml:mi> δ </mml:mi></mml:math></inline-formula> the initial phase.</p>
        <p>The transition to quantum mechanics requires the canonical quantization of the dynamical variables, replacing classical quantities with operators that satisfy fundamental commutation relations. The classical Hamiltonian:</p>
        <disp-formula id="FD22">
          <label>(20)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>H</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>m</mml:mi>
              <mml:msup>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>becomes, in the quantum description, an operator acting on an appropriate Hilbert space, where <inline-formula><mml:math><mml:mi> x </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> p </mml:mi></mml:math></inline-formula> are Hermitian operators satisfying:</p>
        <disp-formula id="FD23">
          <label>(21)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mi>p</mml:mi>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>p</mml:mi>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>i</mml:mi>
              <mml:mi>ℏ</mml:mi>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This commutation relation is the foundation of quantum mechanics and will be essential for the development of creation and annihilation operators.</p>
      </sec>
      <sec id="sec2dot2">
        <title>2.2. The Schrödinger Equation and the Quantum Harmonic Oscillator</title>
        <p>The transition from classical to quantum mechanics is carried out through the process of canonical quantization, in which classical dynamical variables such as position <inline-formula><mml:math><mml:mi> x </mml:mi></mml:math></inline-formula> and momentum <inline-formula><mml:math><mml:mi> p </mml:mi></mml:math></inline-formula> are promoted to the category of Hermitian operators acting on a Hilbert space, obeying the fundamental commutation relation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> p </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mi> ℏ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The time evolution and stationary states of a quantum system are governed by the time-independent Schrödinger equation [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>][<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>]:</p>
        <disp-formula id="FD24">
          <label>(22)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mover accent="true">
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mo>^</mml:mo>
              </mml:mover>
              <mml:mi>ψ</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>E</mml:mi>
              <mml:mi>ψ</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mi> H </mml:mi><mml:mo> ^ </mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> is the Hamiltonian operator of the system and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ψ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represents the wave function associated with the stationary state of energy <inline-formula><mml:math><mml:mi> E </mml:mi></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>For the quantum harmonic oscillator, the Hamiltonian is obtained by directly substituting the classical variables with the corresponding quantum operators in the classical expression for the total energy. Starting from the classical Hamiltonian given by Equation (23):</p>
        <disp-formula id="FD25">
          <label>(23)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>H</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>m</mml:mi>
              <mml:msup>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>and applying canonical quantization, we obtain the quantum Hamiltonian operator:</p>
        <disp-formula id="FD26">
          <label>(24)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mover accent="true">
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mo>^</mml:mo>
              </mml:mover>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mover accent="true">
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                      <mml:mo>^</mml:mo>
                    </mml:mover>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>m</mml:mi>
              <mml:msup>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mover accent="true">
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>^</mml:mo>
                </mml:mover>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>In the position representation, we operate with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ^ </mml:mo></mml:mover><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> ^ </mml:mo></mml:mover><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mi> ℏ </mml:mi><mml:mfrac><mml:mtext> d </mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext> d </mml:mtext><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Substituting these representations into the Schrödinger Equation (22), we obtain the differential equation governing the eigenfunctions <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ψ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the harmonic oscillator [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]:</p>
        <disp-formula id="FD27">
          <label>(25)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>m</mml:mi>
              <mml:msup>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mi>ψ</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>E</mml:mi>
              <mml:mi>ψ</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This is a second-order linear differential equation with variable coefficients. To analyze it more clearly and highlight its essential mathematical structure, it is convenient to introduce dimensionless variables. We define:</p>
        <disp-formula id="FD28">
          <label>(26)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>ξ</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:mo>
              </mml:mo>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>α</mml:mi>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mi>α</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>and rewrite the energy as <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> E </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> ℏ </mml:mi><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mi> ε </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , where <inline-formula><mml:math><mml:mi> ε </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a dimensionless numerical parameter to be determined. In this case, Equation (25) transforms into:</p>
        <disp-formula id="FD29">
          <label>(27)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>ε</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mi>ψ</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This form reveals that the asymptotic behavior of the solution for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is dominated by the term <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:msup><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , suggesting a solution of the type <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ψ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ~ </mml:mo><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> / </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . We therefore seek solutions of the form [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>]:</p>
        <disp-formula id="FD30">
          <label>(28)</label>
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:mi>ψ</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>h</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>/</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Substituting this ansatz into Equation (27), we obtain the differential equation for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> h </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <disp-formula id="FD31">
          <label>(29)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>h</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mi>ξ</mml:mi>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>h</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>ξ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>ε</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mi>h</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Equation (29) is the Hermite differential equation. Its solution is obtained by the Frobenius method (power series). Assuming:</p>
        <disp-formula id="FD32">
          <label>(30)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>h</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:munderover>
                <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                </mml:mstyle>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>∞</mml:mi>
              </mml:munderover>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:msup>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>and substituting into (29), we obtain the recurrence relation:</p>
        <disp-formula id="FD33">
          <label>(31)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>ε</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </sec>
      <sec id="sec2dot3">
        <title>2.3. Quantization Condition and Hermite Polynomials</title>
        <p>The recurrence relation (31) connects coefficients of the same parity. For large values of <inline-formula><mml:math><mml:mi> k </mml:mi></mml:math></inline-formula> , we have <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> ~ </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> k </mml:mi></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . If the series does not terminate, this asymptotic behavior leads to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> h </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ~ </mml:mo><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]. This solution would make <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ψ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> h </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> / </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> ~ </mml:mo><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> + </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> / </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , which diverges as <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and is therefore not square-integrable (<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mo> ∫ </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> ψ </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mtext> d </mml:mtext><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ). Consequently, such a solution is not physically acceptable as it cannot represent a probability amplitude for a bound state.</p>
        <p>The physical condition that the wave function be square-integrable (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mo> ∫ </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> ψ </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mtext> d </mml:mtext><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ) imposes that the series (30) be truncated, transforming into a polynomial of finite degree [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>]. This truncation occurs when the numerator of the recurrence relation vanishes for some <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , that is:</p>
        <disp-formula id="FD34">
          <label>(32)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mo>⇒</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mo>⋯</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Substituting <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ε </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> E </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ℏ </mml:mi><mml:mi> ω </mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we obtain the quantized energy eigenvalues:</p>
        <disp-formula id="FD35">
          <label>(33)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>E</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>ℏ</mml:mi>
              <mml:mi>ω</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>For each value of <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> , the series reduces to a polynomial of degree <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> , precisely the Hermite polynomial <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> H </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The general solution of the Schrödinger equation for the quantum harmonic oscillator is therefore:</p>
        <disp-formula id="FD36">
          <label>(34)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>N</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>/</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The constant <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> N </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is determined by the normalization condition. This analytical procedure through the power series method combined with the physical boundary condition rigorously and directly establishes the origin of Hermite polynomials as the natural mathematical solution of the problem, unequivocally linking the degree <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> of the polynomial to the quantum number that indexes the energy levels of the system.</p>
      </sec>
      <sec id="sec2dot4">
        <title>2.4. Definition and Derivation of Creation and Annihilation Operators</title>
        <p>The algebraic formulation of the quantum harmonic oscillator introduces a canonical transformation of the variables <inline-formula><mml:math><mml:mi> x </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> p </mml:mi></mml:math></inline-formula> into new operators that simplify the structure of the Hamiltonian. These operators, called annihilation (or destruction) operators <inline-formula><mml:math><mml:mi> a </mml:mi></mml:math></inline-formula> and creation operators <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , are defined as dimensionless linear combinations of position and momentum [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>].</p>
        <p>2.4.1. Definition of the Operators</p>
        <p>Consider the following linear combinations:</p>
        <disp-formula id="FD37">
          <label>(35)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mi>i</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>p</mml:mi>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD38">
          <label>(36)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mi>i</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>p</mml:mi>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><bold>Theorem</bold><bold>2</bold><bold>.1</bold> (Conjugate Hermiticity) The operator <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the adjoint (Hermitian conjugate) operator of <inline-formula><mml:math><mml:mi> a </mml:mi></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p><italic>Proof.</italic> We note that <inline-formula><mml:math><mml:mi> x </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> p </mml:mi></mml:math></inline-formula> are Hermitian operators (<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ), and that the imaginary number <inline-formula><mml:math><mml:mi> i </mml:mi></mml:math></inline-formula> changes sign under Hermitian conjugation (<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ) [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>]. Therefore:</p>
        <disp-formula id="FD39">
          <label>(37)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msqrt>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>m</mml:mi>
                              <mml:mi>ω</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                              <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msqrt>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msqrt>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                              <mml:mi>m</mml:mi>
                              <mml:mi>ω</mml:mi>
                              <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msqrt>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:msup>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mi>i</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msup>
                <mml:mi>p</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mi>i</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>p</mml:mi>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>which coincides with definition (36). □</p>
        <p>2.4.2. Inversion of the Definitions</p>
        <p>We can express <inline-formula><mml:math><mml:mi> x </mml:mi></mml:math></inline-formula> in terms of <inline-formula><mml:math><mml:mi> a </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <p>For position <inline-formula><mml:math><mml:mi> x </mml:mi></mml:math></inline-formula> :</p>
        <p>Adding Equations (35) and (36):</p>
        <disp-formula id="FD40">
          <label>(38)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:mi>x</mml:mi>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Therefore:</p>
        <disp-formula id="FD41">
          <label>(39)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>†</mml:mo>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>For momentum <inline-formula><mml:math><mml:mi> p </mml:mi></mml:math></inline-formula> :</p>
        <p>Subtracting Equation (36) from Equation (35) [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>]:</p>
        <disp-formula id="FD42">
          <label>(40)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>p</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>i</mml:mi>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:mi>p</mml:mi>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Therefore:</p>
        <disp-formula id="FD43">
          <label>(41)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>p</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>†</mml:mo>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>i</mml:mi>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>†</mml:mo>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD44">
          <label>(42)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>p</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>i</mml:mi>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>†</mml:mo>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>2.4.3. Demonstration of the Fundamental Commutation Relation</p>
        <p><bold>Theorem</bold><bold>2</bold><bold>.</bold><bold>2</bold><bold>.</bold> The operators <inline-formula><mml:math><mml:mi> a </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> satisfy the commutation relation [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>]:</p>
        <disp-formula id="FD45">
          <label>(43)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>†</mml:mo>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><italic>Proof.</italic> We calculate the commutator directly using definitions (35) and (36) [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]:</p>
        <disp-formula id="FD46">
          <label>(44)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>†</mml:mo>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msqrt>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>m</mml:mi>
                              <mml:mi>ω</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                              <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msqrt>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msqrt>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                              <mml:mi>m</mml:mi>
                              <mml:mi>ω</mml:mi>
                              <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msqrt>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:msqrt>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>m</mml:mi>
                              <mml:mi>ω</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                              <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msqrt>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msqrt>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                              <mml:mi>m</mml:mi>
                              <mml:mi>ω</mml:mi>
                              <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msqrt>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD47">
          <label>(45)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>∴</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>†</mml:mo>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>□</p>
      </sec>
      <sec id="sec2dot5">
        <title>2.5. Reformulation of the Hamiltonian in Terms of Creation and Annihilation Operators</title>
        <p>The canonical Hamiltonian of the harmonic oscillator is given by Equation (23):</p>
        <p><bold>Theorem</bold><bold>2.3.</bold> The Hamiltonian can be rewritten as:</p>
        <disp-formula id="FD48">
          <label>(46)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>H</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>ℏ</mml:mi>
              <mml:mi>ω</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>†</mml:mo>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>ℏ</mml:mi>
              <mml:mi>ω</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup><mml:mi> a </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the number operator.</p>
        <p><italic>Proof.</italic> We substitute expressions (39) and (42) for <inline-formula><mml:math><mml:mi> x </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> p </mml:mi></mml:math></inline-formula> into the Hamiltonian:</p>
        <p>For the kinetic term <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> p </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> m </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <disp-formula id="FD49">
          <label>(47)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:msqrt>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>m</mml:mi>
                                <mml:mi>ω</mml:mi>
                                <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msqrt>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msup>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>†</mml:mo>
                            </mml:msup>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>†</mml:mo>
                        </mml:msup>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>†</mml:mo>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>†</mml:mo>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>†</mml:mo>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD50">
          <label>(48)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ω</mml:mi>
                  <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>†</mml:mo>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>†</mml:mo>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>†</mml:mo>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>For the potential term <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac><mml:mi> m </mml:mi><mml:msup><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi> x </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <disp-formula id="FD51">
          <label>(49)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msqrt>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                <mml:mi>m</mml:mi>
                                <mml:mi>ω</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msqrt>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:msup>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>†</mml:mo>
                            </mml:msup>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>†</mml:mo>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>†</mml:mo>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>†</mml:mo>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>†</mml:mo>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD52">
          <label>(50)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>m</mml:mi>
              <mml:msup>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ω</mml:mi>
                  <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>†</mml:mo>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>†</mml:mo>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>†</mml:mo>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The sum of the terms:</p>
        <disp-formula id="FD53">
          <label>(51)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mi>H</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>p</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ω</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>†</mml:mo>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>†</mml:mo>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>†</mml:mo>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>†</mml:mo>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>†</mml:mo>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>†</mml:mo>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>†</mml:mo>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>†</mml:mo>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>†</mml:mo>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>†</mml:mo>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>†</mml:mo>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>†</mml:mo>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>†</mml:mo>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>†</mml:mo>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Using <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup><mml:mo> − </mml:mo><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> from Equation (43), we have <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <disp-formula id="FD54">
          <label>(52)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mi>H</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>†</mml:mo>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>†</mml:mo>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>†</mml:mo>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                  <mml:mi>ω</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>†</mml:mo>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD55">
          <label>(53)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>∴</mml:mo>
              <mml:mi>H</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>ℏ</mml:mi>
              <mml:mi>ω</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>□</p>
      </sec>
      <sec id="sec2dot6">
        <title>2.6. Energy Spectrum and Stationary States</title>
        <p>The algebraic structure of the quantum harmonic oscillator is particularly clearly revealed in the diagrammatic representation of the energy levels, presented in <xref ref-type="fig" rid="fig2">Figure 2</xref>. This diagram illustrates the action of the creation and annihilation operators on the stationary states of the system.</p>
        <fig id="fig2">
          <label>Figure 2</label>
          <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724584-rId301.jpeg?20260415111925" />
        </fig>
        <p><bold>Figure 2</bold><bold>.</bold> Energy level diagram of the quantum harmonic oscillator. Creation operators (<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ^ </mml:mo></mml:mover><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ) raise the quantum state, while annihilation operators (<inline-formula><mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ^ </mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> ) lower it. Each level corresponds to an eigenvalue <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> ℏ </mml:mi><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . <bold>Source:</bold> Personal archive.</p>
        <p>As shown in <xref ref-type="fig" rid="fig2">Figure 2</xref>, the creation operator <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> promotes upward transitions between energy levels, while the annihilation operator <inline-formula><mml:math><mml:mi> a </mml:mi></mml:math></inline-formula> induces downward transitions. This visual representation synthesizes the underlying algebraic structure of the system and provides an immediate physical intuition about the mechanism of energy quantization.</p>
        <p><bold>Theorem</bold><bold>2</bold><bold>.4</bold><bold>.</bold> The eigenvalues of the number operator <inline-formula><mml:math><mml:mi> N </mml:mi></mml:math></inline-formula> are non-negative integers <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and the eigenvalues of the Hamiltonian are given by the equation:</p>
        <disp-formula id="FD56">
          <label>(54)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>E</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>ℏ</mml:mi>
              <mml:mi>ω</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><italic>Proof.</italic> Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> be an eigenstate of <inline-formula><mml:math><mml:mi> N </mml:mi></mml:math></inline-formula> with eigenvalue <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> :</p>
        <disp-formula id="FD57">
          <label>(55)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>N</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><bold>Lemma</bold><bold>2</bold><bold>.1</bold><bold>.</bold><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> N </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (the operator <inline-formula><mml:math><mml:mi> a </mml:mi></mml:math></inline-formula> decreases the number of quanta by 1).</p>
        <p><italic>Proof.</italic></p>
        <disp-formula id="FD58">
          <label>(56)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>N</mml:mi>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>†</mml:mo>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mi>N</mml:mi>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD59">
          <label>(57)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>N</mml:mi>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>□</p>
        <p><bold>Lemma</bold><bold>2</bold><bold>.2</bold><bold>.</bold><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> N </mml:mi><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (the operator <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> increases the number of quanta by 1).</p>
        <p><italic>Proof.</italic></p>
        <disp-formula id="FD60">
          <label>(58)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>N</mml:mi>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>†</mml:mo>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD61">
          <label>(59)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>N</mml:mi>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>□</p>
        <p><bold>Positivity condition:</bold></p>
        <p>Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup><mml:mi> a </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a positive semi-definite operator, its eigenvalues must satisfy <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . If we apply <inline-formula><mml:math><mml:mi> a </mml:mi></mml:math></inline-formula> successively, we must eventually reach a state <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that:</p>
        <disp-formula id="FD62">
          <label>(60)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Otherwise, we would obtain negative eigenvalues, violating the positivity of <inline-formula><mml:math><mml:mi> N </mml:mi></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>For the ground state <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <disp-formula id="FD63">
          <label>(61)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>N</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mo>⋅</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Hence, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for the ground state.</p>
        <p>Applying <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> successively:</p>
        <disp-formula id="FD64">
          <label>(62)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>†</mml:mo>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>!</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>with eigenvalues <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and energies:</p>
        <disp-formula id="FD65">
          <label>(63)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>E</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>ℏ</mml:mi>
              <mml:mi>ω</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>□</p>
      </sec>
      <sec id="sec2dot7">
        <title>2.7. Connection with Hermite Polynomials</title>
        <p>2.7.1. Ground State in the Position Representation</p>
        <p>The ground state <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is defined by condition (60), <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . In the position representation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> ψ </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , this condition becomes a differential equation.</p>
        <p><bold>Theorem</bold><bold>2</bold><bold>.5</bold><bold>.</bold> The ground state wave function is:</p>
        <disp-formula id="FD66">
          <label>(64)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>m</mml:mi>
                          <mml:mi>ω</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>π</mml:mi>
                          <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>α</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>π</mml:mi>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD67">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>α</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><italic>Proof.</italic></p>
        <disp-formula id="FD68">
          <label>(65)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD69">
          <label>(66)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>m</mml:mi>
                          <mml:mi>ω</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msqrt>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>m</mml:mi>
                          <mml:mi>ω</mml:mi>
                          <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msqrt>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>In the position representation, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mi> ℏ </mml:mi><mml:mfrac><mml:mtext> d </mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext> d </mml:mtext><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <disp-formula id="FD70">
          <label>(67)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mi>i</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                  <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD71">
          <label>(68)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Multiplying by <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> m </mml:mi><mml:mi> ω </mml:mi></mml:mrow><mml:mi> ℏ </mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <disp-formula id="FD72">
          <label>(69)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                  <mml:mi>ω</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>ℏ</mml:mi>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Defining <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi> m </mml:mi><mml:mi> ω </mml:mi></mml:mrow><mml:mi> ℏ </mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> α </mml:mi><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <disp-formula id="FD73">
          <label>(70)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>α</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD74">
          <label>(71)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>α</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>d</mml:mtext>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>ξ</mml:mi>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>d</mml:mtext>
              <mml:mi>ξ</mml:mi>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Integrating: </p>
        <disp-formula id="FD75">
          <label>(72)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mtext>ln</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>C</mml:mi>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD76">
          <label>(73)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><bold>Normalization:</bold></p>
        <disp-formula id="FD77">
          <label>(74)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>∞</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>∞</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>|</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>ψ</mml:mi>
                              <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>|</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>A</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>∞</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>∞</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mtext>e</mml:mtext>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msup>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>A</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mi>π</mml:mi>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>α</mml:mi>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD78">
          <label>(75)</label>
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>A</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>π</mml:mi>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>π</mml:mi>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Therefore:</p>
        <disp-formula id="FD79">
          <label>(76)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>m</mml:mi>
                          <mml:mi>ω</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>π</mml:mi>
                          <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>α</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>π</mml:mi>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>□</p>
        <p>2.7.2. Excited States and Hermite Polynomials</p>
        <p>Excited states are generated by the successive application of the creation operator according to Equation (62):</p>
        <disp-formula id="FD80">
          <label>(77)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>〈</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>〈</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>†</mml:mo>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msqrt>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                          <mml:mo>!</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msqrt>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>!</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>†</mml:mo>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><bold>Theorem</bold><bold>2</bold><bold>.6</bold><bold>.</bold> The excited eigenfunctions take the form:</p>
        <disp-formula id="FD81">
          <label>(78)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>!</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>⋅</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>α</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>π</mml:mi>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>N</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> H </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the Hermite polynomials.</p>
        <p><italic>Proof by Induction</italic>. <bold>Base case (</bold><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><bold>):</bold></p>
        <p><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> H </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , consistent with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> ψ </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> from Equation (64).</p>
        <p>Through the inductive step, we have the following:</p>
        <p>Assuming it holds for <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> , we prove it for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <disp-formula id="FD82">
          <label>(79)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>In the position representation:</p>
        <disp-formula id="FD83">
          <label>(80)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mi>i</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                  <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mtext>d</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ξ</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Therefore: </p>
        <disp-formula id="FD84">
          <label>(81)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msqrt>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>n</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msqrt>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ξ</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>d</mml:mtext>
                          <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>N</mml:mi>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>H</mml:mi>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>e</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>N</mml:mi>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msqrt>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>n</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msqrt>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ξ</mml:mi>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>H</mml:mi>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>e</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>d</mml:mtext>
                          <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>H</mml:mi>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:msub>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mi>ξ</mml:mi>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mtext>e</mml:mtext>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:msup>
                                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                  </mml:msup>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:mfrac>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>N</mml:mi>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msqrt>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>n</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msqrt>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ξ</mml:mi>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>H</mml:mi>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>e</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>H</mml:mi>
                          <mml:mo>′</mml:mo>
                        </mml:msup>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>e</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mi>ξ</mml:mi>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>H</mml:mi>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>e</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>N</mml:mi>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msqrt>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>n</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msqrt>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>ξ</mml:mi>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>H</mml:mi>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>H</mml:mi>
                          <mml:mo>′</mml:mo>
                        </mml:msup>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>ξ</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>By the property of Hermite polynomials:</p>
        <disp-formula id="FD85">
          <label>(82)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mi>ξ</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>H</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Therefore:</p>
        <disp-formula id="FD86">
          <label>(83)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>With <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> N </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> N </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we complete the induction.</p>
        <p>□</p>
      </sec>
      <sec id="sec2dot8">
        <title>2.8. Actions of Creation and Annihilation Operators and Recurrence Relations</title>
        <p>The action of the creation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and annihilation <inline-formula><mml:math><mml:mi> a </mml:mi></mml:math></inline-formula> operators on the eigenstates of the number operator <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> ^ </mml:mo></mml:mover><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup><mml:mi> a </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be rigorously derived from the fundamental commutation relations. Consider the Hilbert space generated by the orthonormal states <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , which satisfy:</p>
        <disp-formula id="FD87">
          <label>(84)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mover accent="true">
                <mml:mi>N</mml:mi>
                <mml:mo>^</mml:mo>
              </mml:mover>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>〈</mml:mo>
                <mml:mi>m</mml:mi>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>δ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>2.8.1. Action of the Annihilation Operator</p>
        <p>We compute <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> ^ </mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Using the commutator <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we have <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Therefore,</p>
        <disp-formula id="FD88">
          <label>(85)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mover accent="true">
                <mml:mi>N</mml:mi>
                <mml:mo>^</mml:mo>
              </mml:mover>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                    <mml:mo>〉</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mover accent="true">
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                    <mml:mo>^</mml:mo>
                  </mml:mover>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                    <mml:mo>〉</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Thus, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an eigenstate of <inline-formula><mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> ^ </mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> with eigenvalue <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , which implies <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a complex constant to be determined. The norm of this state is:</p>
        <disp-formula id="FD89">
          <label>(86)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>|</mml:mo>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mo>〉</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>〈</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>|</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>〈</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>|</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mover accent="true">
                <mml:mi>N</mml:mi>
                <mml:mo>^</mml:mo>
              </mml:mover>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>On the other hand, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ‖ </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ‖ </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Equating, we obtain <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Adopting the standard phase convention (real and positive constants), we conclude:</p>
        <disp-formula id="FD90">
          <label>(87)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msqrt>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>with</mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0.</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>2.8.2. Action of the Creation Operator</p>
        <p>Analogously, we consider <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> ^ </mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Using <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we have:</p>
        <disp-formula id="FD91">
          <label>(88)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mover accent="true">
                <mml:mi>N</mml:mi>
                <mml:mo>^</mml:mo>
              </mml:mover>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>†</mml:mo>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                    <mml:mo>〉</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mover accent="true">
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                    <mml:mo>^</mml:mo>
                  </mml:mover>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>†</mml:mo>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                    <mml:mo>〉</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>showing that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an eigenstate of <inline-formula><mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> ^ </mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> with eigenvalue <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Hence, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> d </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Calculating the norm:</p>
        <disp-formula id="FD92">
          <label>(89)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>†</mml:mo>
                      </mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>|</mml:mo>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mo>〉</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>〈</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>|</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>〈</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>|</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mover accent="true">
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                    <mml:mo>^</mml:mo>
                  </mml:mover>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>and comparing with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ‖ </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ‖ </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> d </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we obtain <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> d </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . With the same phase convention:</p>
        <disp-formula id="FD93">
          <label>(90)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>2.8.3. Immediate Consequence</p>
        <p>The derived relations show that <inline-formula><mml:math><mml:mi> a </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> act as lowering and raising operators, respectively, on the ladder of number states. Successive applications of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> allow generating all states from the ground state <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <disp-formula id="FD94">
          <label>(91)</label>
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>†</mml:mo>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>!</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This algebraic structure is directly reflected in the properties of the harmonic oscillator eigenfunctions in the position representation, where Hermite polynomials arise naturally from the action of the operators on the Gaussian ground state. The actions of the operators (87) and (90) translate into recurrence relations for the Hermite polynomials.</p>
        <p>In the position representation, the creation and annihilation operators are given by:</p>
        <disp-formula id="FD95">
          <label>(92)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ξ</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ξ</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi> m </mml:mi><mml:mi> ω </mml:mi></mml:mrow><mml:mi> ℏ </mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and the normalized eigenfunctions are:</p>
        <disp-formula id="FD96">
          <label>(93)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>!</mml:mo>
                      <mml:msqrt>
                        <mml:mi>π</mml:mi>
                      </mml:msqrt>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>/</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>2.8.4. Recurrence Relations for Hermite Polynomials</p>
        <disp-formula id="FD97">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD98">
          <label>(94)</label>
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ξ</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>H</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>ξ</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>/</mml:mo>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:mo>⋅</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>!</mml:mo>
                      <mml:msqrt>
                        <mml:mi>π</mml:mi>
                      </mml:msqrt>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>/</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Simplifying, we obtain:</p>
        <disp-formula id="FD99">
          <label>(95)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ξ</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>that is,</p>
        <disp-formula id="FD100">
          <label>(96)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mi>ξ</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>H</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD101">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msqrt>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD102">
          <label>(97)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ξ</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>H</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>ξ</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>/</mml:mo>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msqrt>
              <mml:mo>⋅</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>!</mml:mo>
                      <mml:msqrt>
                        <mml:mi>π</mml:mi>
                      </mml:msqrt>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>/</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Simplifying:</p>
        <disp-formula id="FD103">
          <label>(98)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ξ</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>resulting in:</p>
        <disp-formula id="FD104">
          <label>(99)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>H</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Combining (96) and (99), we obtain the classical recurrence formula:</p>
        <disp-formula id="FD105">
          <label>(100)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mi>ξ</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><bold>Explicit Bridge:</bold> The connection between the algebraic and analytic methods is now made explicit. The differential operators in (16) are the position representation of the ladder operators. Their action on the eigenfunctions, as shown in (18) and (20), directly yields the fundamental recurrence relations (19) and (21) for the Hermite polynomials. Furthermore, the Rodrigues formula (23) can be seen as the position-space manifestation of repeatedly applying the creation operator <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to the Gaussian ground state, providing a complete mapping between the operator algebra and the polynomial properties.</p>
      </sec>
      <sec id="sec2dot9">
        <title>2.9. Rodrigues Formula and Properties of Hermite Polynomials</title>
        <p>2.9.1. Rodrigues Formulation</p>
        <p><bold>Definition</bold><bold>2</bold><bold>.1</bold>(Rodrigues Formula). Hermite polynomials are defined by the equation:</p>
        <disp-formula id="FD106">
          <label>(101)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mo>⋯</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><bold>Theorem</bold><bold>2</bold><bold>.7</bold> (Equivalence with the operator definition). The Rodrigues formula is equivalent to the definition via creation operators.</p>
        <p><italic>Proof.</italic> From the expression of excited states:</p>
        <disp-formula id="FD107">
          <label>(102)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>!</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ξ</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>d</mml:mtext>
                          <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD108">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>π</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mo>/</mml:mo>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>/</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Note that:</p>
        <disp-formula id="FD109">
          <label>(103)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ξ</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>ξ</mml:mi>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>ξ</mml:mi>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mi>ξ</mml:mi>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>and more generally:</p>
        <disp-formula id="FD110">
          <label>(104)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ξ</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>d</mml:mtext>
                          <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>It can be shown by induction that:</p>
        <disp-formula id="FD111">
          <label>(105)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ξ</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>d</mml:mtext>
                          <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><bold>Verification for</bold><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><bold>:</bold></p>
        <disp-formula id="FD112">
          <label>(106)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><bold>Verification for</bold><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><bold>:</bold></p>
        <disp-formula id="FD113">
          <label>(107)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mfrac>
                <mml:mtext>d</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>ξ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>ξ</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mi>ξ</mml:mi>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><bold>Verification for</bold><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><bold>:</bold></p>
        <disp-formula id="FD114">
          <label>(108)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>H</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>e</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>ξ</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>ξ</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>e</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>ξ</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>e</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>ξ</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>4</mml:mn>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>e</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>ξ</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>□</p>
        <p>2.9.2. First Hermite Polynomials</p>
        <p>Using the recurrence relation (100) with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> H </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> H </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> ξ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> : </p>
        <disp-formula id="FD115">
          <label>(109)</label>
          <mml:math display="inline">
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>H</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>H</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>ξ</mml:mi>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>H</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>H</mml:mi>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>8</mml:mn>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>12</mml:mn>
                  <mml:mi>ξ</mml:mi>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>H</mml:mi>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>16</mml:mn>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>48</mml:mn>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>12</mml:mn>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mo>⋮</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </sec>
      <sec id="sec2dot10">
        <title>2.10. Orthogonality of Hermite Polynomials</title>
        <p>2.10.1. Orthogonality Condition</p>
        <p><bold>Theorem</bold><bold>2</bold><bold>.8</bold><bold>.</bold> Hermite polynomials are orthogonal with respect to the weight function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> w </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:msup><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> on the interval <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> according to the equation:</p>
        <disp-formula id="FD116">
          <label>(110)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>∞</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>∞</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>H</mml:mi>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>ξ</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>H</mml:mi>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>ξ</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mtext>e</mml:mtext>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>ξ</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mi>π</mml:mi>
              </mml:msqrt>
              <mml:msup>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:mo>!</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>δ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> m </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the Kronecker delta.</p>
        <p><italic>Proof.</italic> Consider the integral:</p>
        <disp-formula id="FD117">
          <label>(111)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>I</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>∞</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>∞</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>H</mml:mi>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>ξ</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>H</mml:mi>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>ξ</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mtext>e</mml:mtext>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>ξ</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Using the Rodrigues formula (101) for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> H </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <disp-formula id="FD118">
          <label>(112)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>I</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:mrow>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mo>∫</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mi>∞</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>∞</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mi>m</mml:mi>
                        </mml:msup>
                        <mml:msup>
                          <mml:mtext>e</mml:mtext>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msup>
                              <mml:mi>ξ</mml:mi>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msup>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msup>
                              <mml:mtext>d</mml:mtext>
                              <mml:mi>m</mml:mi>
                            </mml:msup>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mtext>d</mml:mtext>
                            <mml:msup>
                              <mml:mi>ξ</mml:mi>
                              <mml:mi>m</mml:mi>
                            </mml:msup>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msup>
                              <mml:mtext>e</mml:mtext>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mi>ξ</mml:mi>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msup>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>H</mml:mi>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mi>ξ</mml:mi>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:msup>
                          <mml:mtext>e</mml:mtext>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:msup>
                              <mml:mi>ξ</mml:mi>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msup>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mstyle>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:mrow>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mo>∫</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mi>∞</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>∞</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msup>
                              <mml:mtext>d</mml:mtext>
                              <mml:mi>m</mml:mi>
                            </mml:msup>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mtext>d</mml:mtext>
                            <mml:msup>
                              <mml:mi>ξ</mml:mi>
                              <mml:mi>m</mml:mi>
                            </mml:msup>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msup>
                              <mml:mtext>e</mml:mtext>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mi>ξ</mml:mi>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msup>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>H</mml:mi>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mi>ξ</mml:mi>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mstyle>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Integrating by parts <inline-formula><mml:math><mml:mi> m </mml:mi></mml:math></inline-formula> times:</p>
        <disp-formula id="FD119">
          <label>(113)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>I</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>∞</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>∞</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mtext>e</mml:mtext>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>ξ</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msup>
                          <mml:mtext>d</mml:mtext>
                          <mml:mi>m</mml:mi>
                        </mml:msup>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>H</mml:mi>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>ξ</mml:mi>
                          <mml:mi>m</mml:mi>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Case <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> m </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <p>Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> H </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a polynomial of degree <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> , its <inline-formula><mml:math><mml:mi> m </mml:mi></mml:math></inline-formula> -th derivative is zero for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> m </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Therefore, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> m </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>Case <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> m </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <p>Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> H </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup><mml:mo> + </mml:mo><mml:mtext> lower-degree terms </mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we have:</p>
        <disp-formula id="FD120">
          <label>(114)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>H</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:mo>!</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Therefore: </p>
        <disp-formula id="FD121">
          <label>(115)</label>
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>I</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:mo>!</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>∞</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>∞</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mtext>e</mml:mtext>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>ξ</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:mo>!</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mi>π</mml:mi>
              </mml:msqrt>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD122">
          <label>(116)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>∴</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>∞</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>∞</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>H</mml:mi>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>ξ</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>H</mml:mi>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>ξ</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mtext>e</mml:mtext>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>ξ</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mi>π</mml:mi>
              </mml:msqrt>
              <mml:msup>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:mo>!</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>δ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>□</p>
        <p>2.10.2. Orthogonality of Eigenfunctions</p>
        <p>The eigenfunctions of the quantum harmonic oscillator form an orthogonal set, an essential property for the description of stationary states and for the spectral structure of the Hamiltonian.</p>
        <p><bold>Theorem</bold><bold>2</bold><bold>.9</bold><bold>.</bold></p>
        <disp-formula id="FD123">
          <label>(117)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>∞</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>∞</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msubsup>
                      <mml:mi>ψ</mml:mi>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mtext>*</mml:mtext>
                    </mml:msubsup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>ψ</mml:mi>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>δ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><italic>Proof.</italic></p>
        <disp-formula id="FD124">
          <label>(118)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>∞</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>∞</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msubsup>
                      <mml:mi>ψ</mml:mi>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mtext>*</mml:mtext>
                    </mml:msubsup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>ψ</mml:mi>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>N</mml:mi>
                <mml:mi>m</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>N</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>∞</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>∞</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>H</mml:mi>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>H</mml:mi>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mtext>e</mml:mtext>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msup>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Making the substitution <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> α </mml:mi><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> d </mml:mtext><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> α </mml:mi><mml:mtext> d </mml:mtext><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <disp-formula id="FD125">
          <label>(119)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:mrow>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mo>∫</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mi>∞</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>∞</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msubsup>
                          <mml:mi>ψ</mml:mi>
                          <mml:mi>m</mml:mi>
                          <mml:mtext>*</mml:mtext>
                        </mml:msubsup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>ψ</mml:mi>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mstyle>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:mrow>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mo>∫</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mi>∞</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>∞</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>H</mml:mi>
                          <mml:mi>m</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mi>ξ</mml:mi>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>H</mml:mi>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mi>ξ</mml:mi>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:msup>
                          <mml:mtext>e</mml:mtext>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:msup>
                              <mml:mi>ξ</mml:mi>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msup>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mtext>d</mml:mtext>
                            <mml:mi>ξ</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mstyle>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>N</mml:mi>
                        <mml:mi>m</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>N</mml:mi>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mi>π</mml:mi>
                  </mml:msqrt>
                  <mml:msup>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>!</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>δ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>For normalization, we require:</p>
        <disp-formula id="FD126">
          <label>(120)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>α</mml:mi>
              </mml:mfrac>
              <mml:msqrt>
                <mml:mi>π</mml:mi>
              </mml:msqrt>
              <mml:msup>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:mo>!</mml:mo>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD127">
          <label>(121)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>N</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msqrt>
                            <mml:mi>π</mml:mi>
                          </mml:msqrt>
                          <mml:msup>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:msup>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                          <mml:mo>!</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mo>/</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>m</mml:mi>
                          <mml:mi>ω</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>π</mml:mi>
                          <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mo>/</mml:mo>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>!</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Therefore:</p>
        <disp-formula id="FD128">
          <label>(122)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>∞</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>∞</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msubsup>
                      <mml:mi>ψ</mml:mi>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mtext>*</mml:mtext>
                    </mml:msubsup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>ψ</mml:mi>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>δ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>□</p>
        <p>The <italic>Kronecker delta</italic>, denoted by <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> m </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , is defined as [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>]:</p>
        <disp-formula id="FD129">
          <label>(123)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>δ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>{</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtable columnalign="left">
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>if</mml:mtext>
                          <mml:mtext>
                             
                          </mml:mtext>
                          <mml:mi>m</mml:mi>
                          <mml:mo>=</mml:mo>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>if</mml:mtext>
                          <mml:mtext>
                             
                          </mml:mtext>
                          <mml:mi>m</mml:mi>
                          <mml:mo>≠</mml:mo>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                          <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                  </mml:mtable>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This discrete function plays the role of the identity element in the space of integer indices, being widely used to express orthogonality conditions in vector and functional spaces. In the context of the quantum harmonic oscillator, the orthonormality of the eigenfunctions <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> ψ </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be represented, in the state space, by means of an identity matrix, as follows:</p>
        <disp-formula id="FD130">
          <label>(124)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:mrow>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mo>∫</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mi>∞</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>∞</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>ψ</mml:mi>
                          <mml:mi>m</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mi>ξ</mml:mi>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>
                        </mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>ψ</mml:mi>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mi>ξ</mml:mi>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mstyle>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtable columnalign="left">
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mo>⋯</mml:mo>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mo>⋯</mml:mo>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mo>⋯</mml:mo>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mo>⋮</mml:mo>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mo>⋮</mml:mo>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mo>⋮</mml:mo>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mo>⋱</mml:mo>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                  </mml:mtable>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>≡</mml:mo>
              <mml:mi>I</mml:mi>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>in which each matrix element corresponds directly to the Kronecker delta <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> m </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , evidencing that distinct states are mutually orthogonal and that each eigenfunction has unit norm.</p>
      </sec>
      <sec id="sec2dot11">
        <title>2.11. Detailed Calculation of the Berry Phase in the Quantum Harmonic Oscillator</title>
        <p>The Berry phase is a geometric phase acquired by a quantum system when its Hamiltonian is varied adiabatically along a closed path in parameter space. For the quantum harmonic oscillator, this phase can be calculated explicitly, revealing both trivial and non-trivial geometric contributions depending on the nature of the parameter space.</p>
        <p>2.11.1. Parameter-Dependent Hamiltonian</p>
        <p>Consider a one-dimensional quantum harmonic oscillator with a Hamiltonian that depends on an external parameter <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (for example, the spring constant <inline-formula><mml:math><mml:mi> k </mml:mi></mml:math></inline-formula> or the mass <inline-formula><mml:math><mml:mi> m </mml:mi></mml:math></inline-formula> ):</p>
        <disp-formula id="FD131">
          <label>(125)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mover accent="true">
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mo>^</mml:mo>
              </mml:mover>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>R</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mover accent="true">
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                      <mml:mo>^</mml:mo>
                    </mml:mover>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>m</mml:mi>
              <mml:mi>ω</mml:mi>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>R</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mover accent="true">
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>^</mml:mo>
                </mml:mover>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> / </mml:mo><mml:mi> m </mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . We assume that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> varies slowly (adiabatic approximation) and returns to its initial value after a time <inline-formula><mml:math><mml:mi> T </mml:mi></mml:math></inline-formula> , tracing a closed path <inline-formula><mml:math><mml:mi> C </mml:mi></mml:math></inline-formula> in parameter space.</p>
        <p>2.11.2. Instantaneous Eigenstates</p>
        <p>The instantaneous eigenstates of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi> H </mml:mi><mml:mo> ^ </mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the Fock states <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , with energies:</p>
        <disp-formula id="FD132">
          <label>(126)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>E</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>R</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>ℏ</mml:mi>
              <mml:mi>ω</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>R</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>In an adiabatic evolution, if the system starts in the eigenstate <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , it will remain in the instantaneous eigenstate <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , acquiring a total phase:</p>
        <disp-formula id="FD133">
          <label>(127)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>R</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where:</p>
        <p><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mi> ℏ </mml:mi></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo> ∫ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mi> t </mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:msup><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ′ </mml:mo></mml:msup><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mtext> d </mml:mtext><mml:msup><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ′ </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the dynamical phase;<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> γ </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the geometric Berry phase.</p>
        <p>2.11.3. Berry Phase Formula</p>
        <p>The Berry phase for a closed path <inline-formula><mml:math><mml:mi> C </mml:mi></mml:math></inline-formula> in parameter space is given by:</p>
        <disp-formula id="FD134">
          <label>(128)</label>
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>γ</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>C</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>i</mml:mi>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mo>∮</mml:mo>
                    <mml:mi>C</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>〈</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                            <mml:mi>R</mml:mi>
                          </mml:mstyle>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mo>∇</mml:mo>
                      <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                        <mml:mi>R</mml:mi>
                      </mml:mstyle>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                            <mml:mi>R</mml:mi>
                          </mml:mstyle>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>〉</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>⋅</mml:mo>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                      <mml:mi>R</mml:mi>
                    </mml:mstyle>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where the Berry connection (or Berry vector potential) is defined as <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script"> A </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> R </mml:mi></mml:mstyle><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> R </mml:mi></mml:mstyle><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mo> ∇ </mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> R </mml:mi></mml:mstyle></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> R </mml:mi></mml:mstyle><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . <xref ref-type="fig" rid="fig3">Figure 3</xref> illustrates a typical cyclic evolution in a two‑dimensional parameter space <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> λ </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> λ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The closed path <inline-formula><mml:math><mml:mi> C </mml:mi></mml:math></inline-formula> encloses a region, and the Berry phase is related to the flux of the Berry curvature through that region.</p>
        <fig id="fig3">
          <label>Figure 3</label>
          <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724584-rId674.jpeg?20260415111927" />
        </fig>
        <p><bold>Figure 3</bold><bold>.</bold> Schematic representation of a cyclic evolution in a two‑dimensional parameter space. The system starts at a point <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> R </mml:mi></mml:mstyle><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , evolves adiabatically along a closed loop <inline-formula><mml:math><mml:mi> C </mml:mi></mml:math></inline-formula> , and returns to the same point in parameter space. The Berry phase <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> γ </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> C </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is given by the line integral of the Berry connection <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> A </mml:mi></mml:mstyle><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> around <inline-formula><mml:math><mml:mi> C </mml:mi></mml:math></inline-formula> . <bold>Source:</bold> Personal archive.</p>
        <p>2.11.4. Berry Connection for the Ground State</p>
        <p>For the ground state (<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ), we can write the Gaussian wave function explicitly:</p>
        <disp-formula id="FD135">
          <label>(129)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>〈</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>R</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>m</mml:mi>
                          <mml:mi>ω</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mi>R</mml:mi>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>π</mml:mi>
                          <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mo>/</mml:mo>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mtext>exp</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>R</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Let us define <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> λ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi> m </mml:mi><mml:mi> ω </mml:mi></mml:mrow><mml:mi> ℏ </mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The wave function becomes <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> ψ </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ; </mml:mo><mml:mi> λ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi> λ </mml:mi><mml:mi> π </mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> / </mml:mo><mml:mn> 4 </mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> λ </mml:mi><mml:msup><mml:mi> x </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> / </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>We now compute the Berry connection for a variation in <inline-formula><mml:math><mml:mi> λ </mml:mi></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>]:</p>
        <disp-formula id="FD136">
          <label>(130)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>〈</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>|</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>λ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>∞</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>∞</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msubsup>
                      <mml:mi>ψ</mml:mi>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                      <mml:mtext>*</mml:mtext>
                    </mml:msubsup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                        <mml:mo>;</mml:mo>
                        <mml:mi>λ</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>∂</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>ψ</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                            <mml:mo>;</mml:mo>
                            <mml:mi>λ</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>∂</mml:mo>
                        <mml:mi>λ</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The derivative of the wave function is:</p>
        <disp-formula id="FD137">
          <label>(131)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>λ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                  <mml:mi>λ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Substituting:</p>
        <disp-formula id="FD138">
          <label>(132)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>〈</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>|</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>λ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                  <mml:mi>λ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>〈</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>|</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>For the ground state, we know that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> x </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mi> ℏ </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> m </mml:mi><mml:mi> ω </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> λ </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Therefore:</p>
        <disp-formula id="FD139">
          <label>(133)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>〈</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>|</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>λ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                  <mml:mi>λ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>⋅</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>λ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                  <mml:mi>λ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                  <mml:mi>λ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0.</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Thus, for the ground state, the Berry connection is zero when the parameter <inline-formula><mml:math><mml:mi> λ </mml:mi></mml:math></inline-formula> (and hence <inline-formula><mml:math><mml:mi> ω </mml:mi></mml:math></inline-formula> ) is real. Consequently, if we vary the frequency along a closed path in the real parameter space, the Berry phase is zero. This occurs because the ground state wave function can be taken as real and positive, and the Berry phase only arises when there is an imaginary contribution that cannot be removed by a global gauge transformation.</p>
        <p>2.11.5. Non-Trivial Example: Complex Parameter (Squeezing)</p>
        <p>To obtain a non-trivial Berry phase, we need a parameter space that includes a phase parameter. Consider the Hamiltonian:</p>
        <disp-formula id="FD140">
          <label>(134)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mover accent="true">
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mo>^</mml:mo>
              </mml:mover>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mover accent="true">
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                      <mml:mo>^</mml:mo>
                    </mml:mover>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>m</mml:mi>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:msup>
                <mml:mover accent="true">
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>^</mml:mo>
                </mml:mover>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>λ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mover accent="true">
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mo>^</mml:mo>
                  </mml:mover>
                  <mml:mover accent="true">
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:mo>^</mml:mo>
                  </mml:mover>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mover accent="true">
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:mo>^</mml:mo>
                  </mml:mover>
                  <mml:mover accent="true">
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mo>^</mml:mo>
                  </mml:mover>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>which describes a harmonic oscillator with a time-dependent squeezing term. Alternatively, consider a harmonic oscillator whose ground state is a squeezed state dependent on a complex parameter <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mi> θ </mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>We can parametrize the squeezed ground state using the squeezing operator:</p>
        <disp-formula id="FD141">
          <label>(135)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mover accent="true">
                <mml:mi>S</mml:mi>
                <mml:mo>^</mml:mo>
              </mml:mover>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ζ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mtext>exp</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ζ</mml:mi>
                        <mml:mtext>*</mml:mtext>
                      </mml:msup>
                      <mml:msup>
                        <mml:mover accent="true">
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>^</mml:mo>
                        </mml:mover>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>ζ</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mover accent="true">
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>^</mml:mo>
                        </mml:mover>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>†</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ζ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mi> ϕ </mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a complex parameter. The squeezed ground state is <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> ζ </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ^ </mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ζ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>If we vary <inline-formula><mml:math><mml:mi> ζ </mml:mi></mml:math></inline-formula> adiabatically along a closed path in the complex plane, the state acquires a Berry phase. For a path where <inline-formula><mml:math><mml:mi> ζ </mml:mi></mml:math></inline-formula> traces a circle (varying <inline-formula><mml:math><mml:mi> ϕ </mml:mi></mml:math></inline-formula> from 0 to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> π </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with constant <inline-formula><mml:math><mml:mi> r </mml:mi></mml:math></inline-formula> ), the Berry phase for the ground state is known to be:</p>
        <disp-formula id="FD142">
          <label>(136)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>γ</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>π</mml:mi>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>for a full cycle. More generally, the Berry phase for a closed path <inline-formula><mml:math><mml:mi> C </mml:mi></mml:math></inline-formula> in the <inline-formula><mml:math><mml:mi> ζ </mml:mi></mml:math></inline-formula> -plane is given by [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>]:</p>
        <disp-formula id="FD143">
          <label>(137)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>γ</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mo>∮</mml:mo>
                    <mml:mi>C</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>ζ</mml:mi>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>ζ</mml:mi>
                          <mml:mtext>*</mml:mtext>
                        </mml:msup>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>ζ</mml:mi>
                          <mml:mtext>*</mml:mtext>
                        </mml:msup>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mi>ζ</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>|</mml:mo>
                              <mml:mi>ζ</mml:mi>
                              <mml:mo>|</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>which is proportional to the area enclosed by the path in the parameter space.</p>
        <p>2.11.6. Physical Example: 2D Harmonic Oscillator with Magnetic Field</p>
        <p>An important physical example is the isotropic charged harmonic oscillator in two dimensions subjected to a uniform perpendicular magnetic field [<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>]. The Hamiltonian is:</p>
        <disp-formula id="FD144">
          <label>(138)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mover accent="true">
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mo>^</mml:mo>
              </mml:mover>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                        <mml:mover accent="true">
                          <mml:mi>p</mml:mi>
                          <mml:mo>^</mml:mo>
                        </mml:mover>
                      </mml:mstyle>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>e</mml:mi>
                      <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                        <mml:mi>A</mml:mi>
                      </mml:mstyle>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>m</mml:mi>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> A </mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> is the vector potential. In this case, the energy levels are modified Landau levels. If we adiabatically vary the magnetic field <inline-formula><mml:math><mml:mi> B </mml:mi></mml:math></inline-formula> (or some other parameter) along a closed path, the eigenstates acquire a Berry phase. For the ground state, the Berry phase is related to the magnetic flux through the classical orbit and is an integer multiple of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> π </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> depending on the quantum number.</p>
        <p>Thus, the Berry phase in the quantum harmonic oscillator reveals a rich geometric structure that complements the algebraic and analytic descriptions, with non-trivial phases arising when the parameter space includes complex degrees of freedom or when external fields introduce a geometric contribution to the quantum phase.</p>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec3">
      <title>3. Results and Discussion</title>
      <sec id="sec3dot1">
        <title>3.1. Wave Functions of the Quantum Harmonic Oscillator</title>
        <p>The graphical representation of the quantum harmonic oscillator eigenfunctions is presented in <xref ref-type="fig" rid="fig4">Figure 4</xref>, constructed from the general expression given by [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>]:</p>
        <disp-formula id="FD145">
          <label>(139)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>!</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>m</mml:mi>
                          <mml:mi>ω</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>π</mml:mi>
                          <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mo>/</mml:mo>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>/</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> H </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the Hermite polynomials.</p>
        <fig id="fig4">
          <label>Figure 4</label>
          <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724584-rId749.jpeg?20260415111927" />
        </fig>
        <p><bold>Figure 4</bold><bold>.</bold> Dimensionless wave functions <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> ψ </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the quantum harmonic oscillator corresponding to the first stationary states, expressed as a function of the dimensionless variable <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi> m </mml:mi><mml:mi> ω </mml:mi></mml:mrow><mml:mi> ℏ </mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Each curve results from the product of the Hermite polynomial <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> H </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> associated with state <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> and the Gaussian factor <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> / </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . <bold>Source:</bold> Personal archive.</p>
        <p>The dimensionless variable <inline-formula><mml:math><mml:mi> ξ </mml:mi></mml:math></inline-formula> is defined by <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> m </mml:mi><mml:mi> ω </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> / </mml:mo><mml:mi> ℏ </mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , which allows the solutions to be formulated in a universal manner, that is, independent of the specific physical parameters of the system. Full dimensionalization is recovered through the inverse relation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> ℏ </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> m </mml:mi><mml:mi> ω </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , fully preserving the physical content of the problem while, at the same time, highlighting its fundamental mathematical structure.</p>
        <p>From a mathematical perspective, <xref ref-type="fig" rid="fig4">Figure 4</xref> explicitly shows that the degree of the Hermite polynomial <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> H </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> controls the spatial complexity of the wave function. Each eigenfunction exhibits exactly <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> nodes, directly reflecting the quantum number associated with the state. The ground state (<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ) corresponds to a purely Gaussian distribution, without nodes, while excited states show progressively more pronounced oscillations as <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> increases. The parity alternation is also observed: states with even <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> are symmetric about the origin, while states with odd <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> are antisymmetric, in full agreement with the symmetry of the harmonic potential. Furthermore, although Hermite polynomials exhibit polynomial growth for large values of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the Gaussian exponential factor dominates the asymptotic behavior, ensuring the decay of the eigenfunctions and their normalizability.</p>
      </sec>
      <sec id="sec3dot2">
        <title>3.2. Physical Interpretation</title>
        <p>From a physical perspective, these graphical properties reflect the simultaneous increase in energy and spatial extent of quantum states with the growth of the quantum number <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> . The algebraic derivation using ladder operators provides a deeper insight into this structure. The commutation relation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> † </mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the form of the Hamiltonian <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> H </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> ℏ </mml:mi><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> / </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> directly imply that the energy levels are equally spaced by <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℏ </mml:mi><mml:mi> ω </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Furthermore, the positivity of the norm requires the existence of a ground state <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> annihilated by <inline-formula><mml:math><mml:mi> a </mml:mi></mml:math></inline-formula> , which directly leads to the unavoidable zero-point energy <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> ℏ </mml:mi><mml:mi> ω </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> / </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The absence of nodes in the ground state wave function and the inevitable presence of this zero-point energy evidence that the particle cannot remain at absolute rest, in accordance with the Heisenberg uncertainty principle. Thus, <xref ref-type="fig" rid="fig4">Figure 4</xref> clearly synthesizes the correspondence between the mathematical structure of Hermite polynomials and the fundamental physical properties of the quantum harmonic oscillator, reinforcing their role as the natural analytical solution of this model system.</p>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec4">
      <title>4. Conclusions</title>
      <p>Hermite polynomials constitute the natural analytical solution of the quantum harmonic oscillator, emerging directly from the mathematical structure of the Schrödinger equation when the physical condition of square-integrability of the wave functions is imposed. The application of the power series method leads to a differential equation whose general solutions only remain normalizable when the series is truncated, precisely selecting Hermite polynomials of integer degree. This mechanism unequivocally establishes the quantization of energy levels and highlights the central role of these polynomials in the exact description of the system.</p>
      <p>From an algebraic point of view, the same structure is recovered through the creation and annihilation operators, responsible for constructing the excited states from the ground state. The successive action of the creation operator generates wave functions whose polynomial part is described by Hermite polynomials, while the Gaussian envelope ensures the normalization of the solutions. The correspondence between the recurrence relations of Hermite polynomials and the algebra of ladder operators reveals a mathematical isomorphism that directly connects the analytical solution of the differential equation to the algebraic formalism of quantum mechanics.</p>
      <p>Furthermore, the orthogonality of Hermite polynomials with Gaussian weight guarantees the orthonormality of the complete set of eigenfunctions of the quantum harmonic oscillator, allowing the expansion of arbitrary quantum states in this basis. The number of nodes of the wave functions, determined by the degree of the polynomial, is directly associated with the quantum number of the state and the respective energy level, establishing a clear link between mathematical properties and physical interpretation. Thus, Hermite polynomials not only provide the analytical solution of the quantum harmonic oscillator but also synthesize in a unified manner the quantization, symmetry, and spectral structure of this fundamental system.</p>
      <p>Additionally, the study of the Berry phase in the quantum harmonic oscillator reveals a geometric layer that complements the algebraic and analytic descriptions. Under adiabatic cyclic changes of parameters, the system acquires a purely geometric phase, which can be non‑trivial in extended models such as the relativistic harmonic oscillator or in the presence of gravitational waves. This geometric perspective enriches the topological understanding of the system and opens new avenues for exploring quantum geometry in simple yet fundamental systems.</p>
    </sec>
    <sec id="sec5">
      <title>Acknowledgments</title>
      <p>The authors thank the Coordination of the Licentiate in Mathematics at IFPB/CG for institutional support and research infrastructure.</p>
    </sec>
  </body>
  <back>
    <ref-list>
      <title>References</title>
      <ref id="B1">
        <label>1.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="book">Merzbacher, E. (1998) Quantum Mechanics. 3rd Edition, John Wiley &amp; Sons, 672 p.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="book">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Merzbacher, E.</string-name>
              <string-name>Edition, J</string-name>
            </person-group>
            <year>1998</year>
            <article-title>Quantum Mechanics</article-title>
            <source>3rd Edition</source>
            <volume>672</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B2">
        <label>2.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="book">Sakurai, J.J. and Napolitano, J. (2013) Modern Quantum Mechanics. 2nd Edition, Bookman, 552 p.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="book">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Sakurai, J.J.</string-name>
              <string-name>Napolitano, J.</string-name>
              <string-name>Edition, B</string-name>
            </person-group>
            <year>2013</year>
            <article-title>Modern Quantum Mechanics</article-title>
            <source>2nd Edition</source>
            <volume>552</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B3">
        <label>3.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="book">Griffiths, D.J. and Schroeter, D.F. (2021) Introduction to Quantum Mechanics. 3rd Edition, Cambridge University Press, 512 p.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="book">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Griffiths, D.J.</string-name>
              <string-name>Schroeter, D.F.</string-name>
              <string-name>Edition, C</string-name>
            </person-group>
            <year>2021</year>
            <article-title>Introduction to Quantum Mechanics</article-title>
            <source>3rd Edition</source>
            <volume>512</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B4">
        <label>4.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="book">Arfken, G.B., Weber, H.J. and Harris, F.E. (2011) Mathematical Methods for Physicists: A Comprehensive Guide. 7th Edition, Academic Press, 1220 p.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="book">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Arfken, G.B.</string-name>
              <string-name>Weber, H.J.</string-name>
              <string-name>Harris, F.E.</string-name>
              <string-name>Edition, A</string-name>
            </person-group>
            <year>2011</year>
            <article-title>Mathematical Methods for Physicists: A Comprehensive Guide</article-title>
            <source>7th Edition</source>
            <volume>1220</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B5">
        <label>5.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Norsen, T. (2017) Foundations of Quantum Mechanics: An Exploration of the Physical Meaning of Quantum Theory. Springer, 310 p.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Norsen, T.</string-name>
            </person-group>
            <year>2017</year>
            <article-title>Foundations of Quantum Mechanics: An Exploration of the Physical Meaning of Quantum Theory</article-title>
            <source>Springer</source>
            <volume>310</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B6">
        <label>6.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Chesi, G. (2023) Quantum Second Harmonic Generation in Terms of Elementary Processes. <italic>Physics</italic><italic>Letters</italic><italic>A</italic>, 492, Article ID: 129233. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2023.129233 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physleta.2023.129233</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.physleta.2023.129233">https://doi.org/10.1016/j.physleta.2023.129233</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Chesi, G.</string-name>
            </person-group>
            <year>2023</year>
            <article-title>Quantum Second Harmonic Generation in Terms of Elementary Processes</article-title>
            <source>Physics Letters A</source>
            <volume>492</volume>
            <fpage>129233</fpage>
            <elocation-id>ID</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physleta.2023.129233</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B7">
        <label>7.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Abd-Elhameed, W.M. and Alqubori, O.M. (2024) On Generalized Hermite Polynomials. <italic>AIMS</italic><italic>Mathematics</italic>, 9, 32463-32490. https://doi.org/10.3934/math.20241556 <pub-id pub-id-type="doi">10.3934/math.20241556</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.3934/math.20241556">https://doi.org/10.3934/math.20241556</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Abd-Elhameed, W.M.</string-name>
              <string-name>Alqubori, O.M.</string-name>
            </person-group>
            <year>2024</year>
            <article-title>On Generalized Hermite Polynomials</article-title>
            <source>AIMS Mathematics</source>
            <volume>9</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.3934/math.20241556</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B8">
        <label>8.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Naixement, L. and Béssa, C.H. (2023) Quantum Vacuum Fluctuations in Inorganic Compound CdSe. <italic>MOMENTO</italic>, No. 66, 23-40. https://doi.org/10.15446/mo.n66.103486 <pub-id pub-id-type="doi">10.15446/mo.n66.103486</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.15446/mo.n66.103486">https://doi.org/10.15446/mo.n66.103486</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Naixement, L.</string-name>
              <string-name>MOMENTO, N</string-name>
            </person-group>
            <year>2023</year>
            <article-title>Quantum Vacuum Fluctuations in Inorganic Compound CdSe</article-title>
            <source>MOMENTO</source>
            <volume>23</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.15446/mo.n66.103486</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B9">
        <label>9.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Silva, I.R., Zhuang, Y. and Junior, J.C.A.D.S. (2021) Kronecker Delta Method for Testing Independence between Two Vectors in High-Dimension. <italic>Statistical</italic><italic>Papers</italic>, 63, 343-365. https://doi.org/10.1007/s00362-021-01238-z <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00362-021-01238-z</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">34092925</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1007/s00362-021-01238-z">https://doi.org/10.1007/s00362-021-01238-z</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Silva, I.R.</string-name>
              <string-name>Zhuang, Y.</string-name>
              <string-name>Junior, J.C.A.D.S.</string-name>
            </person-group>
            <year>2021</year>
            <article-title>Kronecker Delta Method for Testing Independence between Two Vectors in High-Dimension</article-title>
            <source>Statistical Papers</source>
            <volume>63</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00362-021-01238-z</pub-id>
            <pub-id pub-id-type="pmid">34092925</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B10">
        <label>10.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Tipler, P.A. and Mosca, G. (2000) Physics for Scientists and Engineers: Mechanics, Oscillations and Waves, Thermodynamics. LTC-GEN Group, 576 p.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Tipler, P.A.</string-name>
              <string-name>Mosca, G.</string-name>
              <string-name>Mechanics, O</string-name>
              <string-name>Waves, T</string-name>
            </person-group>
            <year>2000</year>
            <article-title>Physics for Scientists and Engineers: Mechanics, Oscillations and Waves, Thermodynamics</article-title>
            <source>LTC-GEN Group</source>
            <volume>576</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B11">
        <label>11.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Munem, M.A. and Foulis, D.J. (1982) Calculus: Volume 2. LTC, 476 p.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Munem, M.A.</string-name>
              <string-name>Foulis, D.J.</string-name>
            </person-group>
            <year>1982</year>
            <article-title>Calculus: Volume 2</article-title>
            <source>LTC</source>
            <volume>476</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B12">
        <label>12.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Guidorizzi, H.L. (2018) A Calculus Course: Volume 2. LTC—Technical and Scientific Books Publisher, 460 p.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Guidorizzi, H.L.</string-name>
            </person-group>
            <year>2018</year>
            <article-title>A Calculus Course: Volume 2</article-title>
            <source>LTC—Technical and Scientific Books Publisher</source>
            <volume>460</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B13">
        <label>13.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Butkov, E. (1988) Mathematical Physics. LTC, 735 p.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Butkov, E.</string-name>
            </person-group>
            <year>1988</year>
            <article-title>Mathematical Physics</article-title>
            <source>LTC</source>
            <volume>735</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B14">
        <label>14.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Griffiths, D.J. (1995) Introduction to Quantum Mechanics. Prentice Hall, Inc., 468 p.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Griffiths, D.J.</string-name>
              <string-name>Hall, I</string-name>
            </person-group>
            <year>1995</year>
            <article-title>Introduction to Quantum Mechanics</article-title>
            <source>Prentice Hall</source>
            <volume>468</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B15">
        <label>15.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="book">Boas, M.L. (2006) Mathematical Methods in the Physical Sciences. 3rd Edition, Wiley, 839 p.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="book">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Boas, M.L.</string-name>
              <string-name>Edition, W</string-name>
            </person-group>
            <year>2006</year>
            <article-title>Mathematical Methods in the Physical Sciences</article-title>
            <source>3rd Edition</source>
            <volume>839</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B16">
        <label>16.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="book">Landau, L.D. and Lifshitz, E.M. (1977) Quantum Mechanics: Non-Relativistic Theory. 3rd Edition, Pergamon Press, 677 p.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="book">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Landau, L.D.</string-name>
              <string-name>Lifshitz, E.M.</string-name>
              <string-name>Edition, P</string-name>
            </person-group>
            <year>1977</year>
            <article-title>Quantum Mechanics: Non-Relativistic Theory</article-title>
            <source>3rd Edition</source>
            <volume>677</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B17">
        <label>17.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="book">Mathews, J. and Walker, R.L. (1970) Mathematical Methods of Physics. 2nd Edition, Addison-Wesley Publishing Company, 736 p.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="book">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Mathews, J.</string-name>
              <string-name>Walker, R.L.</string-name>
              <string-name>Edition, A</string-name>
            </person-group>
            <year>1970</year>
            <article-title>Mathematical Methods of Physics</article-title>
            <source>2nd Edition</source>
            <volume>736</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B18">
        <label>18.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Bassalo, J.M.F. and Cattani, M.S.D. (2010) Elements of Mathematical Physics. Livraria da Física.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Bassalo, J.M.F.</string-name>
              <string-name>Cattani, M.S.D.</string-name>
            </person-group>
            <year>2010</year>
            <article-title>Elements of Mathematical Physics</article-title>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B19">
        <label>19.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Greiner, W. (2001) Quantum Mechanics: An Introduction. Springer, 457 p.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Greiner, W.</string-name>
            </person-group>
            <year>2001</year>
            <article-title>Quantum Mechanics: An Introduction</article-title>
            <source>Springer</source>
            <volume>457</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B20">
        <label>20.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="book">Szekeres, P. (2005) A Course in Modern Mathematical Physics. Cambridge University Press, 600 p.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="book">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Szekeres, P.</string-name>
            </person-group>
            <year>2005</year>
            <article-title>A Course in Modern Mathematical Physics</article-title>
            <source>Cambridge University Press</source>
            <volume>600</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B21">
        <label>21.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="book">Shankar, R. (1994) Principles of Quantum Mechanics. Plenum Press, 676 p.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="book">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Shankar, R.</string-name>
            </person-group>
            <year>1994</year>
            <article-title>Principles of Quantum Mechanics</article-title>
            <source>Plenum Press</source>
            <volume>676</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B22">
        <label>22.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="confproc">Berry, M.V. (1984) Quantal Phase Factors Accompanying Adiabatic Changes. <italic>Proceedings of the Royal</italic><italic>Society of London. A. Mathematical and Physical Sciences</italic>, 392, 45-57. https://doi.org/10.1098/rspa.1984.0023 <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rspa.1984.0023</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1098/rspa.1984.0023">https://doi.org/10.1098/rspa.1984.0023</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="confproc">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Berry, M.V.</string-name>
            </person-group>
            <year>1984</year>
            <article-title>Quantal Phase Factors Accompanying Adiabatic Changes</article-title>
            <source>Proceedings of the Royal Society of London. A. Mathematical and Physical Sciences</source>
            <volume>392</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rspa.1984.0023</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B23">
        <label>23.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Bachar, Y., Horwitz, L.P. and Aharonovich, I. (2017) The Invariant Berry Phase of the Quantum Relativistic Four-Dimensional Harmonic Oscillator. <italic>Physics Essays</italic>, 30, 21-27. https://doi.org/10.4006/0836-1398-30.1.21 <pub-id pub-id-type="doi">10.4006/0836-1398-30.1.21</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.4006/0836-1398-30.1.21">https://doi.org/10.4006/0836-1398-30.1.21</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Bachar, Y.</string-name>
              <string-name>Horwitz, L.P.</string-name>
              <string-name>Aharonovich, I.</string-name>
            </person-group>
            <year>2017</year>
            <article-title>The Invariant Berry Phase of the Quantum Relativistic Four-Dimensional Harmonic Oscillator</article-title>
            <source>Physics Essays</source>
            <volume>30</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.4006/0836-1398-30.1.21</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B24">
        <label>24.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Sen, S., Dutta, M. and Gangopadhyay, S. (2023) Lewis and Berry Phases for a Gravitational Wave Interacting with a Quantum Harmonic Oscillator. <italic>Physica Scripta</italic>, 99, Article ID: 015007. https://doi.org/10.1088/1402-4896/ad1234 <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1402-4896/ad1234</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1088/1402-4896/ad1234">https://doi.org/10.1088/1402-4896/ad1234</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Sen, S.</string-name>
              <string-name>Dutta, M.</string-name>
              <string-name>Gangopadhyay, S.</string-name>
            </person-group>
            <year>2023</year>
            <article-title>Lewis and Berry Phases for a Gravitational Wave Interacting with a Quantum Harmonic Oscillator</article-title>
            <source>Physica Scripta</source>
            <volume>99</volume>
            <fpage>015007</fpage>
            <elocation-id>ID</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1402-4896/ad1234</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B25">
        <label>25.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">de Oliveira, E.C. (2011) Special Functions with Applications. Livraria da Física, 288 p.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Oliveira, E.C.</string-name>
            </person-group>
            <year>2011</year>
            <article-title>Special Functions with Applications</article-title>
            <source>Livraria da Física</source>
            <volume>288</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
    </ref-list>
  </back>
</article>