Гипергеометрический ряд Лауричеллы - Википедия - Lauricella hypergeometric series

В 1893 г. Джузеппе Лауричелла определены и изучены четыре гипергеометрический ряд F_А, F_B, F_C, F_D трех переменных. Они есть (Лауричелла 1893 ):

${ displaystyle F_ {A} ^ {(3)} (a, b_ {1}, b_ {2}, b_ {3}, c_ {1}, c_ {2}, c_ {3}; x_ {1} , x_ {2}, x_ {3}) = sum _ {i_ {1}, i_ {2}, i_ {3} = 0} ^ { infty} { frac {(a) _ {i_ {1 } + i_ {2} + i_ {3}} (b_ {1}) _ {i_ {1}} (b_ {2}) _ {i_ {2}} (b_ {3}) _ {i_ {3} }} {(c_ {1}) _ {i_ {1}} (c_ {2}) _ {i_ {2}} (c_ {3}) _ {i_ {3}} , i_ {1}! , i_ {2}! , i_ {3}!}} , x_ {1} ^ {i_ {1}} x_ {2} ^ {i_ {2}} x_ {3} ^ {i_ {3}} }$

для |Икс₁| + |Икс₂| + |Икс₃| <1 и

${ displaystyle F_ {B} ^ {(3)} (a_ {1}, a_ {2}, a_ {3}, b_ {1}, b_ {2}, b_ {3}, c; x_ {1} , x_ {2}, x_ {3}) = sum _ {i_ {1}, i_ {2}, i_ {3} = 0} ^ { infty} { frac {(a_ {1}) _ { i_ {1}} (a_ {2}) _ {i_ {2}} (a_ {3}) _ {i_ {3}} (b_ {1}) _ {i_ {1}} (b_ {2}) _ {i_ {2}} (b_ {3}) _ {i_ {3}}} {(c) _ {i_ {1} + i_ {2} + i_ {3}} , i_ {1}! , i_ {2}! , i_ {3}!}} , x_ {1} ^ {i_ {1}} x_ {2} ^ {i_ {2}} x_ {3} ^ {i_ {3}} }$

для |Икс₁| < 1, |Икс₂| < 1, |Икс₃| <1 и

${ Displaystyle F_ {C} ^ {(3)} (a, b, c_ {1}, c_ {2}, c_ {3}; x_ {1}, x_ {2}, x_ {3}) = сумма _ {i_ {1}, i_ {2}, i_ {3} = 0} ^ { infty} { frac {(a) _ {i_ {1} + i_ {2} + i_ {3}} ( б) _ {i_ {1} + i_ {2} + i_ {3}}} {(c_ {1}) _ {i_ {1}} (c_ {2}) _ {i_ {2}} (c_ { 3}) _ {i_ {3}} , i_ {1}! , I_ {2}! , I_ {3}!}} , X_ {1} ^ {i_ {1}} x_ {2} ^ {i_ {2}} x_ {3} ^ {i_ {3}}}$

для |Икс₁|^½ + |Икс₂|^½ + |Икс₃|^½ <1 и

${ Displaystyle F_ {D} ^ {(3)} (a, b_ {1}, b_ {2}, b_ {3}, c; x_ {1}, x_ {2}, x_ {3}) = сумма _ {i_ {1}, i_ {2}, i_ {3} = 0} ^ { infty} { frac {(a) _ {i_ {1} + i_ {2} + i_ {3}} ( b_ {1}) _ {i_ {1}} (b_ {2}) _ {i_ {2}} (b_ {3}) _ {i_ {3}}} {(c) _ {i_ {1} + i_ {2} + i_ {3}} , i_ {1}! , i_ {2}! , i_ {3}!}} , x_ {1} ^ {i_ {1}} x_ {2} ^ {i_ {2}} x_ {3} ^ {i_ {3}}}$

для |Икс₁| < 1, |Икс₂| < 1, |Икс₃| <1. Здесь Символ Поххаммера (q)_я указывает на я-й восходящий факториал q, т.е.

${ Displaystyle (д) _ {я} = д , (д + 1) cdots (д + я-1) = { гидроразрыва { Гамма (д + я)} { Гамма (д)}} ~ ,}$

где второе равенство верно для всех сложных ${ displaystyle q}$ Кроме ${ Displaystyle д = 0, -1, -2, ldots}$.

Эти функции могут быть расширены на другие значения переменных Икс₁, Икс₂, Икс₃ посредством аналитическое продолжение.

Лауричелла также указал на существование еще десяти гипергеометрических функций трех переменных. Они были названы F_E, F_F, ..., F_Т и изучен Шанти Сараном в 1954 г. (Саран 1954 ). Таким образом, всего существует 14 гипергеометрических функций Лауричеллы – Саран.

Обобщение на п переменные

Эти функции могут быть легко расширены до п переменные. Например один пишет

${ Displaystyle F_ {A} ^ {(n)} (a, b_ {1}, ldots, b_ {n}, c_ {1}, ldots, c_ {n}; x_ {1}, ldots, x_ {n}) = sum _ {i_ {1}, ldots, i_ {n} = 0} ^ { infty} { frac {(a) _ {i_ {1} + ldots + i_ {n }} (b_ {1}) _ {i_ {1}} cdots (b_ {n}) _ {i_ {n}}} {(c_ {1}) _ {i_ {1}} cdots (c_ { n}) _ {i_ {n}} , i_ {1}! cdots , i_ {n}!}} , x_ {1} ^ {i_ {1}} cdots x_ {n} ^ {i_ {n}} ~,}$

где |Икс₁| + ... + |Икс_п| <1. Эти обобщенные ряды также иногда называют функциями Лауричеллы.

Когда п = 2 функции Лауричеллы соответствуют Аппель гипергеометрический ряд двух переменных:

${ Displaystyle F_ {A} ^ {(2)} Equiv F_ {2}, quad F_ {B} ^ {(2)} Equiv F_ {3}, quad F_ {C} ^ {(2) } Equiv F_ {4}, quad F_ {D} ^ {(2)} Equiv F_ {1}.}$

Когда п = 1, все четыре функции сводятся к Гипергеометрическая функция Гаусса:

${ Displaystyle F_ {A} ^ {(1)} (а, б, с; х) эквив F_ {В} ^ {(1)} (а, б, с; х) эквив F_ {C} ^ {(1)} (a, b, c; x) Equiv F_ {D} ^ {(1)} (a, b, c; x) Equiv {_ {2}} F_ {1} (a, b; c; x).}$

Интегральное представление F_D

По аналогии с Функция Аппеля F₁, Лауричеллы F_D можно записать в виде одномерного Эйлер -тип интеграл на любой номер п переменных:

${ displaystyle F_ {D} ^ {(n)} (a, b_ {1}, ldots, b_ {n}, c; x_ {1}, ldots, x_ {n}) = { frac { Гамма (c)} { Gamma (a) Gamma (ca)}} int _ {0} ^ {1} t ^ {a-1} (1-t) ^ {ca-1} (1-x_ {1} t) ^ {- b_ {1}} cdots (1-x_ {n} t) ^ {- b_ {n}} , mathrm {d} t, qquad operatorname {Re} c> operatorname {Re} a> 0 ~.}$

Это представление легко проверить с помощью Расширение Тейлора подынтегрального выражения с последующим почленным интегрированием. Из представления следует, что неполный эллиптический интеграл Π - частный случай функции Лауричеллы F_D с тремя переменными:

${ Displaystyle Pi (п, phi, k) = int _ {0} ^ { phi} { frac { mathrm {d} theta} {(1-n sin ^ {2} theta ) { sqrt {1-k ^ {2} sin ^ {2} theta}}}} = sin ( phi) , F_ {D} ^ {(3)} ({ tfrac {1} {2}}, 1, { tfrac {1} {2}}, { tfrac {1} {2}}, { tfrac {3} {2}}; n sin ^ {2} phi, sin ^ {2} phi, k ^ {2} sin ^ {2} phi), qquad | operatorname {Re} phi | <{ frac { pi} {2}} ~.}$

Конечные решения F_D

Случай 1 : ${ displaystyle a> c}$, ${ displaystyle a-c}$ целое число

Можно связать F_D к Карлсон Р функция ${ displaystyle R_ {n}}$ через

${ displaystyle F_ {D} (a, { overline {b}}, c, { overline {z}}) = R_ {ac} ({ overline {b ^ {*}}}, { overline { z ^ {*}}}) cdot prod _ {i} (z_ {i} ^ {*}) ^ {b_ {i} ^ {*}} = { frac { Gamma (a-c + 1 ) Gamma (b ^ {*})} { Gamma (a-c + b ^ {*})}} cdot D_ {ac} ({ overline {b ^ {*}}}, { overline { z ^ {*}}}) cdot prod _ {i} (z_ {i} ^ {*}) ^ {b_ {i} ^ {*}}}$

с итерационной суммой

${ displaystyle D_ {n} ({ overline {b ^ {*}}}, { overline {z ^ {*}}}) = { frac {1} {n}} sum _ {k = 1 } ^ {n} left ( sum _ {i = 1} ^ {N} b_ {i} ^ {*} cdot (z_ {i} ^ {*}) ^ {k} right) cdot D_ {ki}}$ и ${ displaystyle D_ {0} = 1}$

где можно использовать, что функция Carlson R с ${ displaystyle n> 0}$ имеет точное представление (см. ^[1] для дополнительной информации).

Векторы определены как

${ displaystyle { overline {b ^ {*}}} = [{ overline {b}}, c- sum _ {i} b_ {i}]}$

${ displaystyle { overline {z ^ {*}}} = [{ frac {1} {1-z_ {1}}}, ldots, { frac {1} {1-z_ {N-1}] }}, 1]}$

где длина ${ displaystyle { overline {z}}}$ и ${ displaystyle { overline {b}}}$ является ${ displaystyle N-1}$, а векторы ${ displaystyle { overline {z ^ {*}}}}$ и ${ Displaystyle { overline {Ь ^ {*}}}}$ иметь длину ${ displaystyle N}$.

Случай 2: ${ displaystyle c> a}$, ${ displaystyle c-a}$ целое число

В этом случае также существует известная аналитическая форма, но ее довольно сложно записать и включает в себя несколько шагов. ^[2] для дополнительной информации.

Рекомендации

• Аппель, Пол; Кампе де Фериет, Жозеф (1926). Fonctions hypergéométriques et hypersphériques; Polynômes d'Hermite (На французском). Париж: Готье-Виллар. JFM  52.0361.13.CS1 maint: ref = harv (связь) (см. стр.114)
• Экстон, Гарольд (1976). Множественные гипергеометрические функции и приложения. Математика и ее приложения. Чичестер, Великобритания: Halsted Press, Ellis Horwood Ltd. ISBN  0-470-15190-0. МИСТЕР  0422713.CS1 maint: ref = harv (связь)
• Лауричелла, Джузеппе (1893 г.). "Sulle funzioni ipergeometriche a pi variabili". Rendiconti del Circolo Matematico di Palermo (на итальянском). 7 (S1): 111–158. Дои:10.1007 / BF03012437. JFM  25.0756.01.CS1 maint: ref = harv (связь)
• Саран, Шанти (1954). «Гипергеометрические функции трех переменных». Ганита. 5 (1): 77–91. ISSN  0046-5402. МИСТЕР  0087777. Zbl  0058.29602.CS1 maint: ref = harv (связь) (исправление 1956 г. в Ганита 7, п. 65)
• Слейтер, Люси Джоан (1966). Обобщенные гипергеометрические функции. Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. ISBN  0-521-06483-X. МИСТЕР  0201688.CS1 maint: ref = harv (связь) (есть мягкая обложка 2008 года с ISBN  978-0-521-09061-2)
• Шривастава, Хари М .; Карлссон, Пер В. (1985). Кратные гипергеометрические ряды Гаусса. Математика и ее приложения. Чичестер, Великобритания: Halsted Press, Ellis Horwood Ltd. ISBN  0-470-20100-2. МИСТЕР  0834385.CS1 maint: ref = harv (связь) (есть еще одно издание с ISBN  0-85312-602-X)

• Рональд М. Аартс. «Функции Лауричеллы». MathWorld.