阿佩尔函数

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阿佩尔函数是法国数学家(Paul Apell)在1880年为推广高斯超几何函数而创建的一组雙变数函数,定义如下

阿佩尔函数——F1


F1(a,b1,b2,c;x,y)=m,n=0(a)m+n(b1)m(b2)n(c)m+nm!n!xmyn,


F2(a,b1,b2,c1,c2;x,y)=m,n=0(a)m+n(b1)m(b2)n(c1)m(c2)nm!n!xmyn,


F3(a1,a2,b1,b2,c;x,y)=m,n=0(a1)m(a2)n(b1)m(b2)n(c)m+nm!n!xmyn,


F4(a,b,c1,c2;x,y)=m,n=0(a)m+n(b)m+n(c1)m(c2)nm!n!xmyn.


其中的符号:(a)m+n阶乘幂

阿佩尔函数是嫪丽切拉函数Kampé_de_Fériet函数的特例。

归递关系

(ab1b2)F1(a,b1,b2,c;x,y)aF1(a+1,b1,b2,c;x,y)+b1F1(a,b1+1,b2,c;x,y)+b2F1(a,b1,b2+1,c;x,y)=0,
cF1(a,b1,b2,c;x,y)(ca)F1(a,b1,b2,c+1;x,y)aF1(a+1,b1,b2,c+1;x,y)=0,
cF1(a,b1,b2,c;x,y)+c(x1)F1(a,b1+1,b2,c;x,y)(ca)xF1(a,b1+1,b2,c+1;x,y)=0,
cF1(a,b1,b2,c;x,y)+c(y1)F1(a,b1,b2+1,c;x,y)(ca)yF1(a,b1,b2+1,c+1;x,y)=0.

其它式子[1]可從這四個關係導出。


cF3(a1,a2,b1,b2,c;x,y)+(a1+a2c)F3(a1,a2,b1,b2,c+1;x,y)a1F3(a1+1,a2,b1,b2,c+1;x,y)a2F3(a1,a2+1,b1,b2,c+1;x,y)=0,
cF3(a1,a2,b1,b2,c;x,y)cF3(a1+1,a2,b1,b2,c;x,y)+b1xF3(a1+1,a2,b1+1,b2,c+1;x,y)=0,
cF3(a1,a2,b1,b2,c;x,y)cF3(a1,a2+1,b1,b2,c;x,y)+b2yF3(a1,a2+1,b1,b2+1,c+1;x,y)=0,
cF3(a1,a2,b1,b2,c;x,y)cF3(a1,a2,b1+1,b2,c;x,y)+a1xF3(a1+1,a2,b1+1,b2,c+1;x,y)=0,
cF3(a1,a2,b1,b2,c;x,y)cF3(a1,a2,b1,b2+1,c;x,y)+a2yF3(a1,a2+1,b1,b2+1,c+1;x,y)=0.

导数与微分方程

xF1(a,b1,b2,c;x,y)=ab1cF1(a+1,b1+1,b2,c+1;x,y),
yF1(a,b1,b2,c;x,y)=ab2cF1(a+1,b1,b2+1,c+1;x,y).


(x(1x)2x2+y(1x)2xy+[c(a+b1+1)x]xb1yyab1)F1(x,y)=0,
(y(1y)2y2+x(1y)2xy+[c(a+b2+1)y]yb2xxab2)F1(x,y)=0.


xF3(a1,a2,b1,b2,c;x,y)=a1b1cF3(a1+1,a2,b1+1,b2,c+1;x,y),
yF3(a1,a2,b1,b2,c;x,y)=a2b2cF3(a1,a2+1,b1,b2+1,c+1;x,y).


(x(1x)2x2+y2xy+[c(a1+b1+1)x]xa1b1)F3(x,y)=0,
(y(1y)2y2+x2xy+[c(a2+b2+1)y]ya2b2)F3(x,y)=0.

积分关系

F1(a,b1,b2,c;x,y)=Γ(c)Γ(a)Γ(ca)01ta1(1t)ca1(1xt)b1(1yt)b2dt,c>a>0.

特例

F(ϕ,k)=0ϕdθ1k2sin2θ=sinϕF1(12,12,12,32;sin2ϕ,k2sin2ϕ),|ϕ|<π2,
E(ϕ,k)=0ϕ1k2sin2θdθ=sinϕF1(12,12,12,32;sin2ϕ,k2sin2ϕ),|ϕ|<π2,
Π(n,k)=0π/2dθ(1nsin2θ)1k2sin2θ=π2F1(12,1,12,1;n,k2).

参见

Q阿佩尔函数

参考文献

  1. 例如:(yx)F1(a,b1+1,b2+1,c,x,y)=yF1(a,b1,b2+1,c,x,y)xF1(a,b1+1,b2,c,x,y)