Appell-serien

I matematik är Appell- serier en uppsättning av fyra hypergeometriska serier F 1 , F 2 , F 3 , F 4 av två variabler som introducerades av Paul Appell ( 1880 ) och som generaliserar Gauss hypergeometriska serie 2 F 1 av en variabel. Appell etablerade uppsättningen av partiella differentialekvationer där dessa funktioner är lösningar, och hittade olika reduktionsformler och uttryck för dessa serier i form av hypergeometriska serier av en variabel.

Definitioner

Appell-serien F 1 är definierad för | x | < 1, | y | < 1 av dubbelserien

där är Pochhammer-symbolen . För andra värden på x och y kan funktionen F 1 definieras genom analytisk fortsättning . Det kan man visa

På liknande sätt är funktionen F 2 definierad för | x | + | y | < 1 av serien

och det kan man visa

Även funktionen F 3 för | x | < 1, | y | < 1 kan definieras av serien

och funktionen F 4 för | x | ½ + | y | ½ < 1 av serien

Återkommande relationer

Liksom den Gauss hypergeometriska serien 2 F 1 , innebär Appell dubbelserier återkommande relationer mellan sammanhängande funktioner. Till exempel ges en grundläggande uppsättning av sådana relationer för Appells F 1 av:

Varje annan relation som är giltig för F 1 kan härledas från dessa fyra.

På samma sätt följer alla återkommande relationer för Appells F 3 från denna uppsättning av fem:

Derivater och differentialekvationer

För Appells F 1 resulterar följande derivator från definitionen av en dubbel serie:

Från dess definition har Appells F 1 vidare befunnits uppfylla följande system av andra ordningens differentialekvationer :

Ett system partiella differentialekvationer för F 2 är

Systemet har en lösning

På liknande sätt, för F 3 resulterar följande derivator från definitionen:

Och för F 3 erhålls följande system av differentialekvationer:

Ett system partiella differentialekvationer för F 4 är

Systemet har en lösning

Integral representationer

De fyra funktionerna som definieras av Appells dubbla serier kan representeras i termer av dubbla integraler som endast involverar elementära funktioner ( Gradshteyn et al. 2015, §9.184). Emellertid Émile Picard ( 1881 ) att Appells F 1 också kan skrivas som en endimensionell integral av Euler -typ :

Denna representation kan verifieras med hjälp av Taylor-expansion av integranden, följt av termwise integration.

Speciella fall

Picards integralrepresentation antyder att de ofullständiga elliptiska integralerna F och E samt den kompletta elliptiska integralen Π är specialfall av Appells F 1 :

Relaterad serie

externa länkar