دالة فرط هندسية متقاربة

رسم بياني لدالة كومر الهندسية الفائقة المتقاربة 1F1(a;b;z) حيث a=1 و b=2 والمدخل z² مع 1F1(1,2,z²) في المستوى المركب من -2-2i إلى 2+2i مع ألوان تم إنشاؤها باستخدام Mathematica 13.1
رسم بياني لدالة كومر الهندسية الفائقة المتقاربة 1F1(a;b;z) حيث a=1 و b=2 والمدخل z² مع 1F1(1,2,z²) في المستوى المركب من -2-2i إلى 2+2i مع ألوان تم إنشاؤها باستخدام Mathematica 13.1

في الرياضيات ، الدالة الهندسية الفائقة المتلاقية هي حل لمعادلة هندسية فائقة متلاقية ، وهي شكل متدهور من معادلة تفاضلية هندسية فائقة حيث تندمج اثنتان من النقاط الشاذة المنتظمة الثلاث لتشكلا نقطة شاذة غير منتظمة . يشير مصطلح "متلاقية" إلى اندماج النقاط الشاذة لعائلات من المعادلات التفاضلية؛ وكلمة "confluere " لاتينية تعني "التدفق معًا". توجد عدة أشكال قياسية شائعة للدوال الهندسية الفائقة المتلاقية :

  • دالة كومر (الدالة الهندسية الفائقة المتلاقية) M ( a , b , z ) ، التي قدمها كومر ( 1837 ) ، هي حل لمعادلة كومر التفاضلية . تُعرف هذه الدالة أيضًا بالدالة الهندسية الفائقة المتلاقية من النوع الأول. توجد دالة كومر أخرى تحمل الاسم نفسه، وهي مختلفة وغير مرتبطة بها . 
  • دالة تريكومي (الدالة الهندسية الفائقة المتقاربة) U ( a , b , z ) التي قدمها فرانشيسكو تريكومي ( 1947 ) ، والتي يُرمز لها أحيانًا بالرمز Ψ( a ; b ; z ) ، هي حل آخر لمعادلة كومر. وتُعرف أيضًا بالدالة الهندسية الفائقة المتقاربة من النوع الثاني. 
  • دوال ويتاكر ( لإدموند تايلور ويتاكر ) هي حلول لمعادلة ويتاكر .
  • دوال الموجة الكولومبية هي حلول لمعادلة الموجة الكولومبية .

تتشابه دوال كومر، ودوال ويتاكر، ودوال كولوم الموجية بشكل أساسي، ولا تختلف عن بعضها البعض إلا من خلال الدوال الأولية وتغيير المتغيرات.

معادلة كومر

يمكن كتابة معادلة كومر على النحو التالي:

zد2wدz2+(ب-z)دwدz-أw=0،{\displaystyle z{\frac {d^{2}w}{dz^{2}}}+(bz){\frac {dw}{dz}}-aw=0,}

مع نقطة شاذة منتظمة عند z = 0 ونقطة شاذة غير منتظمة عند z = ∞ . ولها حلان مستقلان خطيًا (عادةً) M ( a , b , z ) و U ( a , b , z ) .

دالة كومر من النوع الأول M هي سلسلة فوق هندسية معممة تم تقديمها في ( كومر 1837 ) ، وتعطى بالصيغة التالية:

م(أ،ب،z)=ن=0أ(ن)zنب(ن)ن!=1F1(أ؛ب؛z)،{\displaystyle M(a,b,z)=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {a^{(n)}z^{n}}{b^{(n)}n!}}={}_{1}F_{1}(a;b;z),}

أين:

أ(0)=1،{\displaystyle a^{(0)}=1,}
أ(ن)=أ(أ+1)(أ+2)(أ+ن-1)،{\displaystyle a^{(n)}=a(a+1)(a+2)\cdots (a+n-1)\,,}

هو المضروب التصاعدي . وهناك رمز شائع آخر لهذا الحل وهو Φ( a , b , z ) . عند اعتباره دالة لـ a أو b أو z مع تثبيت المتغيرين الآخرين، فإنه يُعرّف دالة كاملة لـ a أو z ، باستثناء الحالات التي تكون فيها b = 0، -1، -2، ... . أما كدالة لـ فهي دالة تحليلية باستثناء الأقطاب عند الأعداد الصحيحة غير الموجبة.

تُعطي بعض قيم a و b حلولًا يُمكن التعبير عنها بدلالة دوال أخرى معروفة. انظر #الحالات الخاصة . عندما يكون a عددًا صحيحًا غير موجب، فإن دالة كومر (إن كانت مُعرّفة) تُصبح متعددة حدود لاغير مُعمّمة .

كما أن المعادلة التفاضلية المتلاقية هي نهاية للمعادلة التفاضلية فوق الهندسية عندما تتحرك النقطة الشاذة عند 1 نحو النقطة الشاذة عند ∞، يمكن التعبير عن الدالة فوق الهندسية المتلاقية كنهاية للدالة فوق الهندسية.

م(أ،ج،z)=ليمب2F1(أ،ب؛ج؛z/ب){\displaystyle M(a,c,z)=\lim _{b\to \infty }{}_{2}F_{1}(a,b;c;z/b)}

والعديد من خصائص الدالة الهندسية الفائقة المتقاربة هي حالات حدية لخصائص الدالة الهندسية الفائقة.

بما أن معادلة كومر من الدرجة الثانية، فلا بد من وجود حل آخر مستقل. تخبرنا المعادلة الدليلية لطريقة فروبينيوس أن أدنى قوة لحل متسلسلة القوى لمعادلة كومر هي إما 0 أو 1 − b . إذا افترضنا أن w ( z ) هي

w(z)=z1-بv(z){\displaystyle w(z)=z^{1-b}v(z)}

ثم تعطي المعادلة التفاضلية

z2-بد2vدz2+2(1-ب)z1-بدvدz-ب(1-ب)z-بv+(ب-z)[z1-بدvدz+(1-ب)z-بv]-أz1-بv=0{\displaystyle z^{2-b}{\frac {d^{2}v}{dz^{2}}}+2(1-b)z^{1-b}{\frac {dv}{dz}}-b(1-b)z^{-b}v+(bz)\left[z^{1-b}{\frac {dv}{dz}}+(1-b)z^{-b}v\right]-az^{1-b}v=0}

والتي، عند قسمة z 1− b وتبسيطها، تصبح

zد2vدz2+(2-ب-z)دvدz-(أ+1-ب)v=0.{\displaystyle z{\frac {d^{2}v}{dz^{2}}}+(2-bz){\frac {dv}{dz}}-(a+1-b)v=0.}

هذا يعني أن z 1− b M ( a + 1 − b , 2 − b , z ) هو حل طالما أن b ليس عددًا صحيحًا أكبر من 1، تمامًا كما أن M ( a , b , z ) هو حل طالما أن b ليس عددًا صحيحًا أصغر من 1. يمكننا أيضًا استخدام دالة تريكومي الهندسية الفائقة المتقاربة U ( a , b , z ) التي قدمها فرانشيسكو تريكومي ( 1947 ) ، والتي يُرمز لها أحيانًا بـ Ψ( a ; b ; z ) . وهي عبارة عن دمج للحلين السابقين، مُعرَّفة بـ 

يو(أ،ب،z)=Γ(1-ب)Γ(أ+1-ب)م(أ،ب،z)+Γ(ب-1)Γ(أ)z1-بم(أ+1-ب،2-ب،z).{\displaystyle U(a,b,z)={\frac {\Gamma (1-b)}{\Gamma (a+1-b)}}M(a,b,z)+{\frac {\Gamma (b-1)}{\Gamma (a)}}z^{1-b}M(a+1-b,2-b,z).}

على الرغم من أن هذا التعبير غير مُعرَّف للعدد الصحيح b ، إلا أنه يتميز بإمكانية تعميمه على أي عدد صحيح b بالاستمرارية. على عكس دالة كومر، وهي دالة تامة لـ z ، فإن U ( z ) عادةً ما يكون لها نقطة تفرد عند الصفر. على سبيل المثال، إذا كان b = 0 و a ≠ 0، فإن Γ( a + 1) U ( a , b , z ) - 1 تقترب من az ln z عندما يؤول z إلى الصفر. ولكن انظر #حالات خاصة للاطلاع على بعض الأمثلة التي تكون فيها دالة تامة (متعددة حدود).

لاحظ أن الحل z 1− b U ( a + 1 − b , 2 − b , z ) لمعادلة كومر هو نفسه الحل U ( a , b , z ) ، انظر #تحويل كومر .

بالنسبة لمعظم تركيبات الأعداد الحقيقية أو المركبة a و b ، تكون الدالتان M ( a , b , z ) و U ( a , b , z ) مستقلتين. إذا كان b عددًا صحيحًا غير موجب، وبالتالي فإن M ( a , b , z ) غير موجودة، فيمكننا استخدام z 1− b M ( a + 1− b , 2− b , z ) كحل ثانٍ. أما إذا كان a عددًا صحيحًا غير موجب و b عددًا صحيحًا غير موجب ، فإن U ( z ) تكون من مضاعفات M ( z ) . في هذه الحالة أيضًا، يمكن استخدام z 1− b M ( a + 1− b , 2− b , z ) كحل ثانٍ إذا وُجد وكان مختلفًا. لكن عندما يكون b عددًا صحيحًا أكبر من 1، فإن هذا الحل غير موجود، وإذا كان b = 1 فإنه موجود ولكنه مضاعف لـ U ( a , b , z ) و M ( a , b , z ). في هذه الحالات، يوجد حل ثانٍ بالشكل التالي وهو صالح لأي عدد حقيقي أو مركب a وأي عدد صحيح موجب b باستثناء عندما يكون a عددًا صحيحًا موجبًا أصغر من b :

م(أ،ب،z)lnz+z1-بك=0جكzك{\displaystyle M(a,b,z)\ln z+z^{1-b}\sum _{k=0}^{\infty}C_{k}z^{k}}

عندما تكون قيمة a تساوي صفرًا، يمكننا استخدام ما يلي كبديل:

-z(-u)-بهـuدu.{\displaystyle \int _{-\infty}^{z}(-u)^{-b}e^{u}\mathrm {d} u.}

عندما b = 1 يكون هذا هو التكامل الأسي E 1 ( −z ) .

تظهر مشكلة مشابهة عندما يكون ab عددًا صحيحًا سالبًا ويكون b عددًا صحيحًا أقل من 1. في هذه الحالة، لا توجد M ( a , b , z ) ، وتكون U ( a , b , z ) من مضاعفات z 1− b M ( a + 1− b , 2− b , z ). ويكون الحل الثاني على الصورة التالية:

z1-بم(أ+1-ب،2-ب،z)lnz+ك=0جكzك{\displaystyle z^{1-b}M(a+1-b,2-b,z)\ln z+\sum _{k=0}^{\infty }C_{k}z^{k}}

معادلات أخرى

يمكن استخدام الدوال الهندسية الفائقة المتقاربة لحل معادلة الهندسة الفائقة المتقاربة الموسعة التي يتم إعطاء شكلها العام على النحو التالي:

zد2wدz2+(ب-z)دwدz-(م=0مأمzم)w=0{\displaystyle z{\frac {d^{2}w}{dz^{2}}}+(bz){\frac {dw}{dz}}-\left(\sum _{m=0}^{M}a_{m}z^{m}\right)w=0}[ 1 ]

لاحظ أنه بالنسبة لـ M = 0 أو عندما يتضمن المجموع حدًا واحدًا فقط، فإنه يختزل إلى معادلة التداخل الهندسي التقليدية.

وبالتالي، يمكن استخدام الدوال الهندسية الفائقة المتلاقية لحل "معظم" المعادلات التفاضلية العادية من الرتبة الثانية التي تكون معاملات متغيراتها دوالًا خطية لـ z ، لأنها قابلة للتحويل إلى معادلة هندسية فائقة متلاقية موسعة. لننظر إلى المعادلة التالية:

(أ+بz)د2wدz2+(ج+دz)دwدz+(هـ+Fz)w=0{\displaystyle (A+Bz){\frac {d^{2}w}{dz^{2}}}+(C+Dz){\frac {dw}{dz}}+(E+Fz)w=0}

أولاً، ننقل النقطة الشاذة المنتظمة إلى 0 باستخدام استبدال A + Bzz ، مما يحول المعادلة إلى:

zد2wدz2+(ج+دz)دwدz+(هـ+Fz)w=0{\displaystyle z{\frac {d^{2}w}{dz^{2}}}+(C+Dz){\frac {dw}{dz}}+(E+Fz)w=0}

مع القيم الجديدة لـ C و D و E و F. ثم نستخدم الاستبدال التالي:

z1د2-4Fz{\displaystyle z\mapsto {\frac {1}{\sqrt {D^{2}-4F}}}z}

واضرب المعادلة في نفس العامل، لتحصل على:

zد2wدz2+(ج+دد2-4Fz)دwدz+(هـد2-4F+Fد2-4Fz)w=0{\displaystyle z{\frac {d^{2}w}{dz^{2}}}+\left(C+{\frac {D}{\sqrt {D^{2}-4F}}}z\right){\frac {dw}{dz}}+\left({\frac {E}{\sqrt {D^{2}-4F}}}+{\frac {F}{D^{2}-4F}}z\right)w=0}

حلها هو

خبرة(-(1+دد2-4F)z2)w(z)،{\displaystyle \exp \left(-\left(1+{\frac {D}{\sqrt {D^{2}-4F}}}\right){\frac {z}{2}}\right)w(z),}

حيث w ( z ) هو حل لمعادلة كومر مع

أ=(1+دد2-4F)ج2-هـد2-4F،ب=ج.{\displaystyle a=\left(1+{\frac {D}{\sqrt {D^{2}-4F}}}\right){\frac {C}{2}}-{\frac {E}{\sqrt {D^{2}-4F}}},\qquad b=C.}

لاحظ أن الجذر التربيعي قد يعطي عددًا تخيليًا أو مركبًا . إذا كان يساوي صفرًا، فيجب استخدام حل آخر، وهو

خبرة(-12دz)w(z)،{\displaystyle \exp \left(-{\tfrac {1}{2}}Dz\right)w(z),}

حيث w ( z ) هي دالة حدية فائقة هندسية متقاربة تحقق

zw"(z)+جw(z)+(هـ-12جد)w(z)=0.{\displaystyle zw''(z)+Cw'(z)+\left(E-{\tfrac {1}{2}}CD\right)w(z)=0.}

كما هو موضح أدناه، يمكن حل معادلة بيسل باستخدام الدوال الهندسية الفائقة المتقاربة.

التمثيلات التكاملية

إذا كان Re b > Re a > 0 ، فيمكن تمثيل M ( a , b , z ) كتكامل

م(أ،ب،z)=Γ(ب)Γ(أ)Γ(ب-أ)01هـzuuأ-1(1-u)ب-أ-1دu.{\displaystyle M(a,b,z)={\frac {\Gamma (b)}{\Gamma (a)\Gamma (ba)}}\int _{0}^{1}e^{zu}u^{a-1}(1-u)^{ba-1}\,du.}

وبالتالي، فإن M ( a , a + b , it ) هي الدالة المميزة لتوزيع بيتا . بالنسبة لـ a ذات الجزء الحقيقي الموجب يمكن الحصول عليها من خلال تكامل لابلاس.

يو(أ،ب،z)=1Γ(أ)0هـ-zتتأ-1(1+ت)ب-أ-1دت،(يكرر أ>0){\displaystyle U(a,b,z)={\frac {1}{\Gamma (a)}}\int _{0}^{\infty }e^{-zt}t^{a-1}(1+t)^{ba-1}\,dt,\quad (\operatorname {Re} \ a>0)}

يحدد التكامل حلاً في النصف الأيمن من المستوى Re z > 0 .

ويمكن تمثيلها أيضاً كتكاملات بارنز

م(أ،ب،z)=12πأناΓ(ب)Γ(أ)-أناأناΓ(-s)Γ(أ+s)Γ(ب+s)(-z)sدs{\displaystyle M(a,b,z)={\frac {1}{2\pi i}}{\frac {\Gamma (b)}{\Gamma (a)}}\int _{-i\infty }^{i\infty }{\frac {\Gamma (-s)\Gamma (a+s)}{\Gamma (b+s)}}(-z)^{s}ds}

حيث يمر المحيط إلى جانب واحد من أقطاب Γ(− s ) وإلى الجانب الآخر من أقطاب Γ( a + s ) .

السلوك التقاربي

إذا كان حل معادلة كومر مقاربًا لقوة z عندما z → ∞ ، فإن القوة يجب أن تكون −a . وهذا هو الحال بالفعل بالنسبة لحل تريكومي U ( a , b , z ) . ويمكن استنتاج سلوكه المقارب عندما z → ∞ من التمثيلات التكاملية. إذا كان z = xR ، فإن تغيير المتغيرات في التكامل، متبوعًا بتوسيع متسلسلة ذات الحدين وتكاملها رسميًا حدًا حدًا، يؤدي إلى توسيع متسلسل مقارب ، صالح عندما x → ∞ : [ 2 ]

يو(أ،ب،x)x-أ2F0(أ،أ-ب+1؛؛-1x)،{\displaystyle U(a,b,x)\sim x^{-a}\,_{2}F_{0}\left(a,a-b+1;\,;-{\frac {1}{x}}\right),}

أين2F0(،؛؛-1/x){\displaystyle _{2}F_{0}(\cdot ,\cdot {;-1/x)} هي متسلسلة هندسية فائقة معممة يكون حدها الرئيسي 1، وهي عمومًا لا تتقارب في أي مكان، ولكنها موجودة كمتسلسلة قوى رسمية في 1/ x . هذا التوسع التقاربي صالح أيضًا للأعداد المركبة z بدلًا من الأعداد الحقيقية x ، حيث | arg z | < /2.

السلوك التقاربي لحل كومر لقيم | z | الكبيرة هو:

م(أ،ب،z)Γ(ب)(هـzzأ-بΓ(أ)+(-z)-أΓ(ب-أ)){\displaystyle M(a,b,z)\sim \Gamma (b)\left({\frac {e^{z}z^{a-b}}{\Gamma (a)}}+{\frac {(-z)^{-a}}{\Gamma (b-a)}}\right)}

تُحسب قوى z باستخدام −3π / 2 < arg zπ /2 . [ 3 ] لا حاجة للحد الأول عندما تكون Γ( ba ) محدودة، أي عندما لا يكون ba عددًا صحيحًا غير موجب ويؤول الجزء الحقيقي من z إلى سالب ما لا نهاية، بينما لا حاجة للحد الثاني عندما تكون Γ( a ) محدودة، أي عندما لا يكون a عددًا صحيحًا غير موجب ويؤول الجزء الحقيقي من z إلى موجب ما لا نهاية.

يوجد دائمًا حل ما لمعادلة كومر يقترب من e z z ab عندما z → −∞ . عادةً ما يكون هذا الحل مزيجًا من M ( a , b , z ) و U ( a , b , z ولكن يمكن أيضًا التعبير عنه على النحو التالي: e z (−1) a - b U ( ba , b , − z ) .

العلاقات

توجد علاقات عديدة بين دوال كومر ذات الوسائط المختلفة ومشتقاتها. يقدم هذا القسم بعض الأمثلة النموذجية.

العلاقات المتجاورة

بفرض وجود الدالة M ( a , b , z ) ، تُسمى الدوال الأربع M ( a ± 1, b , z ) و M ( a , b ± 1, z ) دوالًا متجاورة مع M ( a , b , z ) . يمكن كتابة الدالة M ( a , b , z ) كتركيبة خطية لأي دالتين متجاورتين منها، بمعاملات نسبية بدلالة a و b و z . ينتج عن ذلك ( 4 2 ) = 6 علاقات، تُحدد بتحديد أي خطين على الجانب الأيمن من

zدمدz=zأبم(أ+،ب+)=أ(م(أ+)-م)=(ب-1)(م(ب-)-م)=(ب-أ)م(أ-)+(أ-ب+z)م=z(أ-ب)م(ب+)/ب+zم{\displaystyle {\begin{aligned}z{\frac {dM}{dz}}=z{\frac {a}{b}}M(a+,b+)&=a(M(a+)-M)\\&=(b-1)(M(b-)-M)\\&=(b-a)M(a-)+(a-b+z)M\\&=z(a-b)M(b+)/b+zM\\\end{aligned}}}

في الترميز أعلاه، M = M ( a , b , z ) ، M ( a +) = M ( a + 1, b , z ) ، وهكذا.

يؤدي تطبيق هذه العلاقات بشكل متكرر إلى علاقة خطية بين أي ثلاث دوال من الشكل M ( a + m , b + n , z ) (ومشتقاتها الأعلى)، حيث m و n أعداد صحيحة.

توجد علاقات مماثلة بالنسبة لـ U.

تحول كومر

ترتبط دوال كومر أيضًا بتحويلات كومر:

م(أ،ب،z)=هـzم(ب-أ،ب،-z){\displaystyle M(a,b,z)=e^{z}\,M(b-a,b,-z)}
يو(أ،ب،z)=z1-بيو(1+أ-ب،2-ب،z){\displaystyle U(a,b,z)=z^{1-b}U\left(1+a-b,2-b,z\right)}.

نظرية الضرب

تنطبق نظريات الضرب التالية :

يو(أ،ب،z)=هـ(1-ت)zأنا=0(ت-1)أناzأناأنا!يو(أ،ب+أنا،zت)=هـ(1-ت)zتب-1أنا=0(1-1ت)أناأنا!يو(أ-أنا،ب-أنا،zت).{\displaystyle {\begin{aligned}U(a,b,z)&=e^{(1-t)z}\sum _{i=0}{\frac {(t-1)^{i}z^{i}}{i!}}U(a,b+i,zt)\\&=e^{(1-t)z}t^{b-1}\sum _{i=0}{\frac {\left(1-{\frac {1}{t}}\right)^{i}}{i!}}U(a-i,b-i,zt).\end{aligned}}}

العلاقة مع كثيرات حدود لاغير والتمثيلات المماثلة

فيما يتعلق بمتعددات حدود لاغير ، فإن دوال كومر لها عدة صيغ، على سبيل المثال

م(أ،ب،xyx-1)=(1-x)أنأ(ن)ب(ن)لن(ب-1)(y)xن{\displaystyle M\left(a,b,{\frac {xy}{x-1}}\right)=(1-x)^{a}\cdot \sum _{n}{\frac {a^{(n)}}{b^{(n)}}}L_{n}^{(b-1)}(y)x^{n}}( إرديلي وآخرون 1953 ، 6.12)

أو

م(أ،ب،z)=Γ(1-أ)Γ(ب)Γ(ب-أ)ل-أ(ب-1)(z){\displaystyle M\left(a,\,b,\,z\right)={\frac {\Gamma \left(1-a\right)\cdot \Gamma \left(b\right)}{\Gamma \left(b-a\right)}}\cdot L_{-a}^{(b-1)}\left(z\right)}

حالات خاصة

تشمل الدوال التي يمكن التعبير عنها كحالات خاصة من دالة الهندسة الفائقة المتقاربة ما يلي:

  • بعض الدوال الأولية التي يكون فيها الطرف الأيسر غير مُعرَّف عندما يكون b عددًا صحيحًا غير موجب، ولكن الطرف الأيمن لا يزال حلاً لمعادلة كومر المقابلة:
م(0،ب،z)=1{\displaystyle M(0,b,z)=1}
يو(0،ج،z)=1{\displaystyle U(0,c,z)=1}
م(ب،ب،z)=هـz{\displaystyle M(b,b,z)=e^{z}}
يو(أ،أ،z)=هـzzu-أهـ-uدu{\displaystyle U(a,a,z)=e^{z}\int _{z}^{\infty }u^{-a}e^{-u}du}(متعددة الحدود إذا كان a عددًا صحيحًا غير موجب)
يو(1،ب،z)Γ(ب-1)+م(1،ب،z)Γ(ب)=z1-بهـz{\displaystyle {\frac {U(1,b,z)}{\Gamma (b-1)}}+{\frac {M(1,b,z)}{\Gamma (b)}}=z^{1-b}e^{z}}
م(ن،ب،z){\displaystyle M(n,b,z)}بالنسبة للأعداد الصحيحة غير الموجبة تكون متعددة حدود لاغير المعممة .
يو(ن،ج،z){\displaystyle U(n,c,z)}بالنسبة للعدد الصحيح غير الموجب يكون مضاعفًا لكثير حدود لاغير المعمم، يساويΓ(1-ج)Γ(ن+1-ج)م(ن،ج،z){\displaystyle {\tfrac {\Gamma (1-c)}{\Gamma (n+1-c)}}M(n,c,z)}عندما يكون الأخير موجوداً.
يو(ج-ن،ج،z){\displaystyle U(c-n,c,z)}عندما يكون n عددًا صحيحًا موجبًا، تكون الصيغة المغلقة مع قوى z مساوية لـΓ(ج-1)Γ(ج-ن)z1-جم(1-ن،2-ج،z){\displaystyle {\tfrac {\Gamma (c-1)}{\Gamma (c-n)}}z^{1-c}M(1-n,2-c,z)}عندما يكون الأخير موجوداً.
يو(أ،أ+1،z)=z-أ{\displaystyle U(a,a+1,z)=z^{-a}}
يو(-ن،-2ن،z){\displaystyle U(-n,-2n,z)}بالنسبة للأعداد الصحيحة غير السالبة تكون متعددة حدود بيسل (انظر أدناه).
م(1،2،z)=(هـz-1)/z،  م(1،3،z)=2!(هـz-1-z)/z2{\displaystyle M(1,2,z)=(e^{z}-1)/z,\ \ M(1,3,z)=2!(e^{z}-1-z)/z^{2}}إلخ.
باستخدام العلاقة المتجاورةأم(أ+)=(أ+z)م+z(أ-ب)م(ب+)/ب{\displaystyle aM(a+)=(a+z)M+z(a-b)M(b+)/b}نحصل، على سبيل المثال، علىم(2،1،z)=(1+z)هـz.{\displaystyle M(2,1,z)=(1+z)e^{z}.}
1F1(أ،2أ،x)=هـx/20F1(؛أ+12؛x216)=هـx/2(x4)1/2-أΓ(أ+12)أناأ-1/2(x2).{\displaystyle {}_{1}F_{1}(a,2a,x)=e^{x/2}\,{}_{0}F_{1}\left(;a+{\tfrac {1}{2}};{\tfrac {x^{2}}{16}}\right)=e^{x/2}\left({\tfrac {x}{4}}\right)^{1/2-a}\Gamma \left(a+{\tfrac {1}{2}}\right)I_{a-1/2}\left({\tfrac {x}{2}}\right).}
يُشار إلى هذه الهوية أحيانًا باسم التحول الثاني لكومر . وبالمثل،
يو(أ،2أ،x)=هـx/2πx1/2-أكأ-1/2(x/2)،{\displaystyle U(a,2a,x)={\frac {e^{x/2}}{\sqrt {\pi }}}x^{1/2-a}K_{a-1/2}(x/2),}
عندما يكون a عددًا صحيحًا غير موجب، فإن هذا يساوي 2 a θ a ( x /2) حيث θ هو متعدد حدود بيسل .
  • يمكن التعبير عن دالة الخطأ على النحو التالي :
هـرو(x)=2π0xهـ-ت2دت=2xπ 1F1(12،32،-x2).{\displaystyle \mathrm {erf} (x)={\frac {2}{\sqrt {\pi }}}\int _{0}^{x}e^{-t^{2}}dt={\frac {2x}{\sqrt {\pi }}}\ {}_{1}F_{1}\left({\tfrac {1}{2}},{\tfrac {3}{2}},-x^{2}\right).}
مκ،μ(z)=هـ-z2zμ+12م(μ-κ+12،1+2μ؛z){\displaystyle M_{\kappa ,\mu }(z)=e^{-{\tfrac {z}{2}}}z^{\mu +{\tfrac {1}{2}}}M\left(\mu -\kappa +{\tfrac {1}{2}},1+2\mu ;z\right)}
دبليوκ،μ(z)=هـ-z2zμ+12يو(μ-κ+12،1+2μ؛z){\displaystyle W_{\kappa ,\mu }(z)=e^{-{\tfrac {z}{2}}}z^{\mu +{\tfrac {1}{2}}}U\left(\mu -\kappa +{\tfrac {1}{2}},1+2\mu ;z\right)}
  • يمكن التعبير عن العزم الخام العام من الرتبة p ( حيث p ليس بالضرورة عددًا صحيحًا) على النحو التالي [ 4 ]
هـ[|شمال(μ،σ2)|ص]=(2σ2)ص/2Γ(1+ص2)π 1F1(-ص2،12،-μ22σ2)هـ[شمال(μ،σ2)ص]=(-2σ2)ص/2يو(-ص2،12،-μ22σ2){\displaystyle {\begin{aligned}\operatorname {E} \left[\left|N\left(\mu ,\sigma ^{2}\right)\right|^{p}\right]&={\frac {\left(2\sigma ^{2}\right)^{p/2}\Gamma \left({\tfrac {1+p}{2}}\right)}{\sqrt {\pi }}}\ {}_{1}F_{1}\left(-{\tfrac {p}{2}},{\tfrac {1}{2}},-{\tfrac {\mu ^{2}}{2\sigma ^{2}}}\right)\\\operatorname {E} \left[N\left(\mu ,\sigma ^{2}\right)^{p}\right]&=\left(-2\sigma ^{2}\right)^{p/2}U\left(-{\tfrac {p}{2}},{\tfrac {1}{2}},-{\tfrac {\mu ^{2}}{2\sigma ^{2}}}\right)\end{aligned}}}
في الصيغة الثانية ، يمكن اختيار قطع الفرع الثاني للدالة عن طريق الضرب في (−1) p .

تطبيق على الكسور المستمرة

بتطبيق حجة حدية على الكسر المستمر لغوس، يمكن إثبات أن [ 5 ]

م(أ+1،ب+1،z)م(أ،ب،z)=11-ب-أب(ب+1)z1+أ+1(ب+1)(ب+2)z1-ب-أ+1(ب+2)(ب+3)z1+أ+2(ب+3)(ب+4)z1-{\displaystyle {\frac {M(a+1,b+1,z)}{M(a,b,z)}}={\cfrac {1}{1-{\cfrac {\displaystyle {\frac {b-a}{b(b+1)}}z}{1+{\cfrac {\displaystyle {\frac {a+1}{(b+1)(b+2)}}z}{1-{\cfrac {\displaystyle {\frac {b-a+1}{(b+2)(b+3)}}z}{1+{\cfrac {\displaystyle {\frac {a+2}{(b+3)(b+4)}}z}{1-\ddots }}}}}}}}}}}

وأن هذا الكسر المستمر يتقارب بشكل منتظم إلى دالة ميرومورفية لـ z في كل مجال محدود لا يتضمن قطبًا.

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. كامبوس، إل إم بي سي (2001). "حول بعض حلول المعادلة التفاضلية الهندسية الفائقة المتداخلة الموسعة". مجلة الرياضيات الحسابية والتطبيقية . 137 (1): 177-200 . Bibcode : 2001JCoAM.137..177C . doi : 10.1016/s0377-0427(00)00706-8 . MR 1865885 . 
  2. أندروز، جي إي؛ أسكي، آر؛ روي، آر (2001). الدوال الخاصة . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-0521789882..
  3. هذا مستمد من أبراموفيتز وستيجون (انظر المرجع أدناه)، صفحة 508 ، حيث تُقدم متسلسلة تقارب كاملة. لقد قاموا بتبديل إشارة الأس في exp( iπa ) في النصف الأيمن من المستوى المركب، لكن هذا غير مهم، لأن الحد مهمل هناك، أو أن a عدد صحيح ولا تهم الإشارة.
  4. "جوانب من نظرية الإحصاء متعدد المتغيرات | وايلي" . Wiley.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 يناير 2021 .
  5. فرانك، إيفلين (1956). "فئة جديدة من متسلسلات الكسور المستمرة لنسب الدوال فوق الهندسية". معاملات الجمعية الأمريكية للرياضيات 81 ( 2): 453-476 . doi : 10.1090 / S0002-9947-1956-0076937-0 . JSTOR 1992927. MR 0076937 .  

مراجع