На этой странице всегда используется мелкий размер шрифта.
Ширина
Контент максимально широк для окна вашего браузера.
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Types of special mathematical functions
Верхняя неполная гамма-функция для некоторых значений s: 0 (синий), 1 (красный), 2 (зеленый), 3 (оранжевый), 4 (фиолетовый). График регуляризованной неполной гамма-функции Q(2,z) в комплексной плоскости от -2-2i до 2+2i с цветами, созданными с помощью функции Mathematica 13.1 ComplexPlot3D
В математике верхняя определенные и нижняя неполные гамма-функции представляют собой типы специальных функций , которые возникают как решения различных математических задач, таких как интегралы .
Их соответствующие названия происходят от их интегральных определений, которые определяются аналогично гамма -функции , но с другими или «неполными» интегральными пределами. Гамма-функция определяется как интеграл от нуля до бесконечности. Это контрастирует с нижней неполной гамма-функцией, которая определяется как интеграл от нуля до переменного верхнего предела. Аналогично, верхняя неполная гамма-функция определяется как интеграл от нижнего предела переменной до бесконечности.
Нижняя неполная гамма и верхняя неполная гамма-функция, определенные выше для вещественных положительных s и x , могут быть развиты в голоморфные функции как относительно x , так и s , определенные почти для всех комбинаций комплексных x и s . [1] Комплексный анализ показывает, как свойства вещественных неполных гамма-функций распространяются на их голоморфные аналоги.
является целым как по z (при фиксированном s ), так и по s (при фиксированном z ), [1] и, таким образом, голоморфен на C × C по теореме Хартога . [5] Следовательно, следующее разложение [1]
расширяет действительную нижнюю неполную гамма-функцию как голоморфную функцию как совместно, так и отдельно по z и s . Это следует из свойств и Γ-функция , что первые два множителя особенности улавливают (при z = 0 или s — неположительное целое число), тогда как последний множитель вносит свой вклад в его нули.
Комплексный логарифм log z = log | г | + i arg z определяется только до числа, кратного 2 πi , что делает его многозначным . Функции, включающие комплексный логарифм, обычно наследуют это свойство. Среди них комплексная степень и, поскольку z с при его разложении появляется и γ -функция.
Неопределенность многозначных функций вносит сложности, поскольку необходимо указать, как выбрать значение. Стратегии решения этой проблемы:
(наиболее общий способ) заменить область C многозначных функций подходящим многообразием в C × C , называемым римановой поверхностью . Хотя это устраняет многозначность, необходимо знать теорию, лежащую в ее основе; [6]
ограничить область таким образом, чтобы многозначная функция разбивалась на отдельные однозначные ветви , которые можно обрабатывать индивидуально.
Следующий набор правил можно использовать для правильной интерпретации формул в этом разделе. Если не указано иное, предполагается следующее:
Секторы в C , вершина которых находится в точке z = 0, часто оказываются подходящими областями для сложных выражений. Сектор D состоит из всех комплексных z, удовлетворяющих условиям z ≠ 0 и α − δ < arg z < α + δ с некоторыми α и 0 < δ ≤ π . Часто α может быть выбрано произвольно и тогда не указывается. Если δ не задано, предполагается, что оно равно π , а сектор фактически представляет собой всю плоскость C , за исключением полупрямой, начинающейся в точке z = 0 и указывающей в направлении − α , обычно служащей срез ветки . Примечание. Во многих приложениях и текстах α молча принимается равным 0, что центрирует сектор вокруг положительной действительной оси.
В частности, на любом таком секторе D существует однозначный и голоморфный логарифм, мнимая часть которого привязана к диапазону ( α − δ , α + δ ) . На основе такого ограниченного логарифма z с а неполные гамма-функции, в свою очередь, схлопываются до однозначных голоморфных функций на D (или C × D ), называемых ветвями их многозначных аналогов на D. Добавление числа , кратного 2 π , к α дает другой набор коррелированных ветвей. на том же множестве D . Однако в любом данном контексте предполагается, что α фиксировано, и все задействованные ветви связаны с ним. Если | α | < δ ветви называются главными , поскольку они равны своим действительным аналогам на положительной вещественной оси. Примечание. Во многих приложениях и текстах формулы справедливы только для основных ветвей.
Значения различных ветвей как комплексной степенной функции, так и нижней неполной гамма-функции можно получить друг из друга путем умножения , [1] для k подходящее целое число.
Приведенное выше разложение далее показывает, что γ ведет себя вблизи z = 0 асимптотически следующим образом:
Для положительных действительных x , y и s , x и /y → 0 , когда ( x , y ) → (0, s ) . Кажется, это оправдывает установку γ ( s , 0) = 0 для реального s > 0 . Однако в сложной сфере дела обстоят несколько иначе. Только если (а) действительная часть s положительна и (б) значения u v берутся только из конечного набора ветвей, они гарантированно сходятся к нулю при ( u , v ) → (0, s ) , как и γ ( u , v ) . На одной ветви γ ( γ b ) естественно выполняется, поэтому ( s , 0 ) = 0 для s с положительной вещественной частью является непрерывным пределом . Заметим также, что такое продолжение ни в коем случае не является аналитическим .
Все алгебраические соотношения и дифференциальные уравнения, наблюдаемые действительным γ ( s , z ), справедливы и для его голоморфного аналога. Это следствие теоремы о тождестве, утверждающей, что уравнения между голоморфными функциями, действительные на вещественном интервале, выполняются повсюду. В частности, рекуррентное соотношение [2] и ∂γ ( s , z )/ ∂z знак равно z с −1 Это - г [2] сохраняются на соответствующих ветках.
Последнее соотношение говорит нам, что при фиксированном γ s является примитивной или первообразной голоморфной функции z с −1 Это - г . Следовательно, для любого комплексного u , v ≠ 0 ,
выполняется до тех пор, пока путь интегрирования полностью содержится в области ветви подынтегральной функции. Если, кроме того, действительная часть s положительна, то применяется предел γ ( s , u ) → 0 при u → 0 , что в конечном итоге приводит к комплексному интегральному определению γ. [1]
Здесь справедлив любой путь интегрирования, содержащий 0 только в начале, иначе ограниченный областью ветви подынтегрального выражения, например прямая, соединяющая 0 и z .
использовался в середине. Поскольку окончательный интеграл становится сколь угодно малым, если только a достаточно велико, γ ( s , x ) сходится равномерно при x → ∞ в полосе 1 ⩽ Re(s) ⩽ 2 к голоморфной функции, [3] который должен быть Γ(s) в силу теоремы тождества. Переходя к пределу в рекуррентном соотношении γ ( s , x ) = ( s − 1) γ ( s − 1, x ) − x с - 1 Это − х и отметив, что lim x н Это − х = 0 при x → ∞ и всех n , показывает, что γ ( s , x ) сходится и вне полосы к функции, подчиняющейся рекуррентному соотношению Γ-функции. Следует
для всех комплексных s, не являющихся неположительными целыми числами, x вещественный и γ главный.
Теперь пусть ты из сектора | аргумент z | < δ < π /2 с некоторым фиксированным δ ( α = 0 ), γ — главная ветвь в этом секторе, и посмотрим на
Как было показано выше, первую разность можно сделать сколь угодно малой, если | ты | достаточно велик. Второе отличие позволяет сделать следующую оценку:
где мы использовали интегральное представление γ и формулу о | я с | выше. Если интегрировать по дуге радиусом R = | ты | около 0, соединяющих тебя и | ты | , то последний интеграл равен
где M = δ (cos δ ) −Re с Это В sδ является константой, не зависящей от u или R . Опять обращаясь к поведению x н Это − х для больших x мы видим, что последнее выражение приближается к 0 по мере увеличения R к ∞ .
Итого у нас теперь есть:
если s не является целым неотрицательным числом, 0 < ε < π /2 сколь угодно мало, но фиксировано, а γ обозначает главную ветвь в этой области.
Что касается верхней неполной гамма-функции , голоморфное расширение относительно z или s задается выражением [1]
в точках ( s , z ) , где существует правая часть. С многозначен, то же самое справедливо и для , но ограничение на основные значения дает только однозначную основную ветвь .
Когда s является неположительным целым числом в приведенном выше уравнении, ни одна часть разности не определена, и предельный процесс , разработанный здесь для s → 0 , заполняет недостающие значения. Комплексный анализ гарантирует голоморфность , поскольку оказывается ограниченным в окрестности этого предела при фиксированном z .
Для определения предела степенной ряд при z = 0 полезно. При замене своим степенным рядом в интегральном определении , получаем (предположим, что x , s положительные действительные числа на данный момент):
который, как последовательное представление всего функция сходится для всех комплексных x (и всех комплексных s , не являющихся неположительными целыми числами).
Поскольку ограничение на реальные значения снято, ряд допускает расширение:
С помощью рекуррентного соотношения значения для положительных целых чисел n можно получить из этого результата: [11]
таким образом, верхняя неполная гамма-функция оказывается существующей и голоморфной как по z , так и по s для всех s и z ≠ 0 .
является:
целое по z для фиксированного положительного целого s ;
многозначный, голоморфный по z для фиксированного s, отличного от нуля и не положительного целого числа, с точкой ветвления в z = 0 ;
равно для s с положительной действительной частью и z = 0 (предел, когда ), но это непрерывное расширение, а не аналитическое ( не выполняется для действительного s < 0 !);
на каждой ветви, целой по s, для фиксированного z ≠ 0 .
В Python библиотека Scipy предоставляет реализации неполных гамма-функций под scipy.special, однако он не поддерживает отрицательные значения для первого аргумента. Функция gammainc из библиотеки mpmath поддерживает все сложные аргументы.
Регуляризованные гамма-функции и Пуассона величины случайные
Две связанные функции — это регуляризованные гамма-функции:
Этот частный случай обладает замыкания собственными внутренними свойствами , поскольку его можно использовать для выражения всех последовательных производных. В общем,
Все такие производные могут быть получены последовательно из:
и
Эта функция может быть вычислено из его серийного представления, действительного для ,
с пониманием того, что s не является отрицательным целым числом или нулем. В таком случае необходимо использовать лимит. Результаты для можно получить аналитическим продолжением . Некоторые частные случаи этой функции можно упростить. Например, , , где является экспоненциальным интегралом . Эти производные и функция обеспечить точные решения ряда интегралов путем многократного дифференцирования интегрального определения верхней неполной гамма-функции. [20] [21]
Например,
^ Перейти обратно: а б Дональд Э. Маршалл (осень 2009 г.). «Комплексный анализ» (PDF) . Математика 534 (раздаточный материал для учащихся). Университет Вашингтона. Теорема 3.9 на стр.56. Архивировано из оригинала (PDF) 16 мая 2011 года . Проверено 23 апреля 2011 г.
^ К. О. Геддес , М. Л. Глассер, Р. А. Мур и Т. К. Скотт, Оценка классов определенных интегралов, включающих элементарные функции, посредством дифференцирования специальных функций , AAECC (Применимая алгебра в технике, коммуникациях и вычислениях), том. 1, (1990), стр. 149–165, [1]
Виницкий, Серж (2003). «Вычисление неполной гамма-функции с произвольной точностью». В Випин Кумар; Марина Львовна Гаврилова ; Чи Дженг Кеннет Тан; Пьер Л'Экуйер (ред.). Вычислительная наука и ее приложения — ICSSA 2003 . Международная конференция по вычислительной науке и ее приложениям, Монреаль, Канада, 18–21 мая 2003 г., Материалы, Часть I. Конспекты лекций по информатике. Том. 2667. стр. 790–798. дои : 10.1007/3-540-44839-x_83 . ISBN 978-3-540-40155-1 . МР 2110953 .
Arc.Ask3.Ru Номер скриншота №: 777C32658215E35131640B8EC07C7FE8__1716946320 URL1:https://en.wikipedia.org/wiki/Incomplete_gamma_function Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1: Incomplete gamma function - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть, любые претензии не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, денежную единицу можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)