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超幾何函數
鎖定
在數學中,高斯超幾何函數或普通超幾何函數2F1(a,b;c;z)是一個用超幾何級數定義的函數,很多特殊函數都是它的特例或極限。
[1]
- 中文名
- 超幾何函數
- 外文名
- hypergeometric functions
- 應用學科
- 數學
- 相關術語
- 超幾何級數
- 表達式
- 2F1(a,b;c;z)
- 所屬領域
- 數學
- 類 型
- 數學術語
超幾何函數超幾何級數
當 c不是0,-1,-2...時,對於|z|<1,超幾何函數可用如下冪級數定義
[2]
其中
是Pochhammer符號,定義為:
當a或b是0或負整數時級數只有有限項。
對於滿足|z|≥1 的複數z,超幾何函數可以通過將上述在單位圓內定義的函數沿着避開支點0和1的任意路徑做解析延拓來得到。
超幾何函數特殊情形
很多普通的數學函數可以用超幾何函數或它的極限表示出來,一些典型的例子如下:
合流超幾何函數(Kummer函數)可以用超幾何函數的極限表示如下
因此,所有合流超幾何函數的特例,例如貝塞爾函數都可以表示成超幾何函數的極限。
很多多項式,例如賈可比多項式P(α,β)
n及其特殊情形勒讓德多項式,車比雪夫多項式,Gegenbauer多項式都能用超幾何函數表示
其它特殊情形還包括Krawtchouk多項式,Meixner多項式,Meixner–Pollaczek多項式。
橢圓模函數有時能表示成參數a,b,c是1, 1/2, 1/3, ... 或 0 的超幾何函數之比的反函數。例如,若
則
是τ的橢圓模函數.
不完整的beta函數Bx(p,q) 表示成
完整的橢圓積分K和E如下給出
超幾何函數超幾何方程
超幾何函數滿足的微分方程稱為超幾何方程,其形式為(參見廣義超幾何函數)
[3]
展開後,得
它有三個正則奇點:0, 1, ∞.
超幾何函數變換公式
超幾何函數分式線性變換
Pfaff 變換
Pfaff 變換將正則奇點 1 和 ∞ 交換(也就是將李代數參數中的β與μ對換):
由a,b的對稱性自然有:
超幾何函數Euler 變換
Pfaff 變換可以導出 Euler 變換,它將李代數參數β變成 -β:
Pfaff 變換和 Euler 變換都是分式線性變換的例子,這得名於等式兩邊的超幾何函數的宗量的聯繫,參見莫比烏斯變換。
將上面提到的四個連接關係與 Pfaff 變換及 Euler 變換組合起來,就得到完整的 Kummer 表。
給定一組李代數參數(α,β,μ),(±α,±β,±μ) 及其輪換對應着 24 個不同但彼此關聯的超幾何函數(Fα,β,μ恆等於Fα,β,-μ),利用前面提到的四個連接關係和 Pfaff 變換,它們中的任意一個可以通過任意另外兩個表出。
例如 Euler 變換可以表示為:
超幾何函數二次變換
下面是一個二次變換的例子:
二次變換得名於等號兩邊超幾何函數宗量的聯繫(一個二次函數和一個莫比烏斯變換的組合)。
超幾何函數三次高次變換
若一組李代數參數滿足下列條件:有兩個是 ±1/3,或者三個參數的絕對值相等,則有一個三次變換的公式將它與另一個超幾何函數聯繫起來。
另外有一些 4 次和 6 次變換的公式。其它次數的變換公式只有當參數取特定有理數值時存在。
- 參考資料
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- 1. 王竹溪, 郭敦仁. 特殊函數槪論[M]. 北京大學出版社, 2000.
- 2. Hazewinkel, Michiel (編), Hypergeometric function, 數學百科全書, Springer, 2001, ISBN 978-1-55608-010-4
- 3. Olde Daalhuis, A. B., Hypergeometric Function, (編) Olver, Frank W. J.; Lozier, Daniel M.; Boisvert, Ronald F.; Clark, Charles W., NIST Handbook of Mathematical Functions, Cambridge University Press, 2010, ISBN 978-0521192255, MR2723248