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雅可比-安格展开式
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{{Proofreader needed|en}} 在[[数学]]中,'''雅可比-安格展开式'''({{lang-en|Jacobi-Anger Expansion}}),或称'''雅可比-安格恒等式'''({{lang-en|Jacobi-Anger Identity}}),是一种将特定形式的复指数函数展开成无穷个谐波分量之和的方法,在物理学(例如在[[平面波]]和[[柱面波]]之间转换)等领域中有所应用。此展开式以19世纪数学家[[卡爾·雅可比|卡尔·雅可比]]和{{Tsl|en|Carl Theodor Anger}}的名字命名。 从信号学的角度看,雅可比-安格展开式能够将具有特定[[频率调制]]形式的复指数信号展开成无穷个频率为整数倍基频的谐波分量之和,因而可用于对频率调制进行谱线分析。{{FACT}} ==定义形式== 雅可比-安格展开式的定义形式如下:<ref name=Colton_Kress_32/><ref name=Cuyt_et_al_344/> : <math>\mathrm{e}^{i z \cos \theta} \equiv \sum_{n=-\infty}^{\infty} i^n\, J_n(z)\, \mathrm{e}^{i n \theta}</math> 其中<math>i</math>是[[虛數單位|虚数单位]],有<math display="inline">i^2=-1</math>;<math>z \in \C, \, \theta \in \R</math>;<math>J_n(z)</math>是<math>n</math>阶[[贝塞尔函数|第一类贝塞尔函数]],比如下面是其[[麦克劳林级数]]展开形式:{{FACT}} : <math>J_n(z) = \sum_{k=0}^{+\infin} \left( \frac {(-1)^k}{k!(n+k)!} \left( \frac z 2 \right)^{n+2k} \right)</math> 上述形式的贝塞尔函数要求<math>n</math>为非负整数,这里通过加入负整数扩充定义<math>J_{-n}(z) = (-1)^n\, J_{n}(z)</math>,让<math>J_n(z)</math>对所有整数阶次<math>n</math>有效。 ==其他形式== ===正弦形式=== 通过将定义形式中的<math>\theta</math>用<math>\theta-\frac{\pi}{2}</math>替代,可得到雅可比-安格展开式的正弦形式:<ref name=Colton_Kress_32/><ref name=Cuyt_et_al_344/> : <math>\mathrm{e}^{i z \sin \theta} \equiv \sum_{n=-\infty}^{\infty} J_n(z)\, \mathrm{e}^{i n \theta}</math> ===实值形式=== 有时也会使用下面这些实值形式,它们是由原始公式和正弦形式经过[[欧拉公式]]变形得到的:<ref name="Abramowitz_Stegun_361"/> :<math> \begin{align} \cos(z \cos \theta) &\equiv J_0(z)+2 \sum_{n=1}^{\infty}(-1)^n J_{2n}(z) \cos(2n \theta), \\ \sin(z \cos \theta) &\equiv -2 \sum_{n=1}^{\infty}(-1)^n J_{2n-1}(z) \cos\left[\left(2n-1\right) \theta\right], \\ \cos(z \sin \theta) &\equiv J_0(z)+2 \sum_{n=1}^{\infty} J_{2n}(z) \cos(2n \theta), \\ \sin(z \sin \theta) &\equiv 2 \sum_{ n=1 }^{\infty} J_{2n-1}(z) \sin\left[\left(2n-1\right) \theta\right]. \end{align} </math> ==参考文献== {{reflist|refs= <ref name="Colton_Kress_32">{{ citation | title=Inverse acoustic and electromagnetic scattering theory | series=Applied Mathematical Sciences | volume=93 | last1=Colton | first1=David | last2=Kress | first2=Rainer | edition=2nd | year=1998 | isbn=978-3-540-62838-5 | page=32 }}</ref> <ref name="Cuyt_et_al_344">{{ citation | title=Handbook of continued fractions for special functions | first1=Annie | last1=Cuyt | first2=Vigdis | last2=Petersen | first3=Brigitte | last3=Verdonk | first4=Haakon | last4=Waadeland | first5=William B. | last5=Jones | publisher=Springer | year=2008 | isbn=978-1-4020-6948-2 | page=344 }}</ref> <ref name="Abramowitz_Stegun_361">{{cite book |editor-first1=Milton |editor-last1=Abramowitz |editor-first2=Irene Ann |editor-last2=Stegun |author1={{{author|{{{author1|}}}}}} |author2={{{author2|}}} |author-first1={{{author-first|{{{author-first1|{{{author1-first|{{{first|{{{first1|}}}}}}}}}}}}}}} |author-last1={{{author-last|{{{author-last1|{{{author1-last|{{{last|{{{last1|}}}}}}}}}}}}}}} |author-first2={{{author-first2|{{{author2-first|{{{first2|}}}}}}}}} |author-last2={{{author-last2|{{{author2-last|{{{last2|}}}}}}}}} |title=Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables |location=Washington D.C.<!-- NBS edition -->; New York<!-- Dover edition --> |publisher=United States Department of Commerce, National Bureau of Standards; Dover Publications |series=Applied Mathematics Series |volume=55 |page=361 |date=1983<!-- Dover 9th reprint edition carries no date indication, but samples from around 1983 for USD17.95 as well as copies with ISBN-13, introduced after 2005, are known to exist and have the same set of additional errata. Hence took the oldest known date. --> |edition=Ninth reprint with additional corrections of tenth original printing with corrections (December 1972); first<!-- edition --> |isbn=978-0-486-61272-0<!-- of 9th Dover reprint --> |lccn=64-60036<!-- original Government edition 1964, 1st printing --> |id={{LCCN|6512253}}<!-- Dover reprint edition 1965, 1st printing --> |mr=0167642 |contribution={{#if:{{{1|}}}|Chapter {{{1|}}}}} |pages={{{2|}}}{{#if:{{{4|}}}|, {{{4|}}}}} |contribution-url={{#if:{{{1|}}}|{{#if:{{{2|}}}|http://www.math.ubc.ca/~cbm/aands/page_{{{2|}}}.htm}}}}}}{{#if:{{{3|}}}|{{#if:{{{4|}}}|  See also [http://www.math.ubc.ca/~cbm/aands/page_{{{4}}}.htm chapter {{{3|}}}]|}}.}}</ref>}} [[Category:数学恒等式]]
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