Articulo de referencia

polinomio de Neumann

En matemáticas, los polinomios de Neumann , introducidos por Carl Neumann para el caso especial α = 0 {\displaystyle \alpha =0} , son una secuencia de polinomios en 1 / t {\disp...

En matemáticas, los polinomios de Neumann , introducidos por Carl Neumann para el caso especialα=0{\displaystyle \alpha =0}, son una secuencia de polinomios en1/t{\displaystyle 1/t}utilizado para expandir funciones en términos de funciones de Bessel . [ 1 ]

Los primeros polinomios son

O0(α)(t)=1t,{\displaystyle O_{0}^{(\alpha )}(t)={\frac {1}{t}},}
O1(α)(t)=2α+1t2,{\displaystyle O_{1}^{(\alpha )}(t)=2{\frac {\alpha +1}{t^{2}}},}
O2(α)(t)=2+αt+4(2+α)(1+α)t3,{\displaystyle O_{2}^{(\alpha )}(t)={\frac {2+\alpha }{t}}+4{\frac {(2+\alpha )(1+\alpha )}{t^{3}}},}
O3(α)(t)=2(1+α)(3+α)t2+8(1+α)(2+α)(3+α)t4,{\displaystyle O_{3}^{(\alpha )}(t)=2{\frac {(1+\alpha )(3+\alpha )}{t^{2}}}+8{\frac {(1+\alpha )(2+\alpha )(3+\alpha )}{t^{4}}},}
O4(α)(t)=(1+α)(4+α)2t+4(1+α)(2+α)(4+α)t3+16(1+α)(2+α)(3+α)(4+α)t5.{\displaystyle O_{4}^{(\alpha )}(t)={\frac {(1+\alpha )(4+\alpha )}{2t}}+4{\frac {(1+\alpha )(2+\alpha )(4+\alpha )}{t^{3}}}+16{\frac {(1+\alpha )(2+\alpha )(3+\alpha )(4+\alpha )}{t^{5}}}.}

Una forma general para el polinomio es

Onorte(α)(t)=α+norte2αk=0norte/2(1)nortek(nortek)¡k¡(αnortek)(2t)norte+12k,{\displaystyle O_{n}^{(\alpha )}(t)={\frac {\alpha +n}{2\alpha }}\sum _{k=0}^{\lfloor n/2\rfloor }(-1)^{nk}{\frac {(nk)!}{k!}}{-\alpha \choose nk}\left({\frac {2}{t}}\right)^{n+1-2k},}

y tienen la "función generadora"

(z2)αΓ(α+1)1tz=norte=0Onorte(α)(t)Jα+norte(z),{\displaystyle {\frac {\left({\frac {z}{2}}\right)^{\alpha }}{\Gamma (\alpha +1)}}{\frac {1}{tz}}=\sum _{n=0}O_{n}^{(\alpha )}(t)J_{\alpha +n}(z),}

donde J son funciones de Bessel .

Para expandir una función f en la forma

F(z)=(2z)αnorte=0anorteJα+norte(z){\displaystyle f(z)=\left({\frac {2}{z}}\right)^{\alpha }\sum _{n=0}a_{n}J_{\alpha +n}(z)\,}

para|t|<do{\displaystyle |t|<c}, calcular

anorte=Γ(α+1)2πi|t|=doF(t)Onorte(α)(t)dt,{\displaystyle a_{n}={\frac {\Gamma (\alpha +1)}{2\pi i}}\oint _{|t|=c'}f(t)O_{n}^{(\alpha )}(t)\,dt,}

dóndedo<do{\displaystyle c'<c}y c es la distancia de la singularidad más cercana de f(z) desdez=0{\displaystyle z=0}.

Ejemplos

Un ejemplo es la extensión

(12z)s=Γ(s)k=0(1)kJs+2k(z)(s+2k)(sk),{\displaystyle \left({\tfrac {1}{2}}z\right)^{s}=\Gamma (s)\cdot \sum _{k=0}(-1)^{k}J_{s+2k}(z)(s+2k){-s \choose k},}

o la fórmula Sonine más general [ 2 ]

miiγz=Γ(s)k=0ikdok(s)(γ)(s+k)Js+k(z)(z2)s.{\displaystyle e^{i\gamma z}=\Gamma (s)\cdot \sum _{k=0}i^{k}C_{k}^{(s)}(\gamma )(s+k){\frac {J_{s+k}(z)}{\left({\frac {z}{2}}\right)^{s}}}.}

dóndedok(s){\displaystyle C_{k}^{(s)}}es el polinomio de Gegenbauer . Entonces,

(z2)2k(2k1)¡Js(z)=i=k(1)ik(i+k12k1)(i+k+s12k1)(s+2i)Js+2i(z),{\displaystyle {\frac {\left({\frac {z}{2}}\right)^{2k}}{(2k-1)!}}J_{s}(z)=\sum _{i=k}(-1)^{i-k}{i+k-1 \choose 2k-1}{i+k+s-1 \choose 2k-1}(s+2i)J_{s+2i}(z),}
norte=0tnorteJs+norte(z)=mitz2tsj=0(z2t)jj¡γ(j+s,tz2)Γ(j+s)=0mizincógnita22tzincógnitatJs(z1incógnita2)1incógnita2sdincógnita,{\displaystyle \sum _{n=0}t^{n}J_{s+n}(z)={\frac {e^{\frac {tz}{2}}}{t^{s}}}\sum _{j=0}{\frac {\left(-{\frac {z}{2t}}\right)^{j}}{j!}}{\frac {\gamma \left(j+s,{\frac {tz}{2}}\right)}{\,\Gamma (j+s)}}=\int _{0}^{\infty }e^{-{\frac {zx^{2}}{2t}}}{\frac {zx}{t}}{\frac {J_{s}(z{\sqrt {1-x^{2}}})}{{\sqrt {1-x^{2}}}^{s}}}\,dx,}

la función hipergeométrica confluente

METRO(a,s,z)=Γ(s)k=0(1t)kLk(ak)(t)Js+k1(2tz)(tz)sk1,{\displaystyle M(a,s,z)=\Gamma (s)\sum _{k=0}^{\infty }\left(-{\frac {1}{t}}\right)^{k}L_{k}^{(-a-k)}(t){\frac {J_{s+k-1}\left(2{\sqrt {tz}}\right)}{({\sqrt {tz}})^{s-k-1}}},}

y en particular

Js(2z)zs=4sΓ(s+12)πmi2izk=0Lk(s1/2k)(it4)(4iz)kJ2s+k(2tz)tz2s+k,{\displaystyle {\frac {J_{s}(2z)}{z^{s}}}={\frac {4^{s}\Gamma \left(s+{\frac {1}{2}}\right)}{\sqrt {\pi }}}e^{2iz}\sum _{k=0}L_{k}^{(-s-1/2-k)}\left({\frac {it}{4}}\right)(4iz)^{k}{\frac {J_{2s+k}\left(2{\sqrt {tz}}\right)}{{\sqrt {tz}}^{2s+k}}},}

la fórmula de desplazamiento del índice

Γ(νμ)Jν(z)=Γ(μ+1)norte=0Γ(νμ+norte)norte¡Γ(ν+norte+1)(z2)νμ+norteJμ+norte(z),{\displaystyle \Gamma (\nu -\mu )J_{\nu }(z)=\Gamma (\mu +1)\sum _{n=0}{\frac {\Gamma (\nu -\mu +n)}{n!\Gamma (\nu +n+1)}}\left({\frac {z}{2}}\right)^{\nu -\mu +n}J_{\mu +n}(z),}

La expansión de Taylor (fórmula de adición)

Js(z22z)(z22z)±s=k=0(±)kk¡Js±k(z)z±s,{\displaystyle {\frac {J_{s}\left({\sqrt {z^{2}-2uz}}\right)}{\left({\sqrt {z^{2}-2uz}}\right)^{\pm s}}}=\sum _{k=0}{\frac {(\pm u)^{k}}{k!}}{\frac {J_{s\pm k}(z)}{z^{\pm s}}},}

(cf. [ 3 ] ) y la expansión de la integral de la función de Bessel,

Js(z)dz=2k=0Js+2k+1(z),{\displaystyle \int J_{s}(z)dz=2\sum _{k=0}J_{s+2k+1}(z),}

son del mismo tipo.

Véase también

Notas

  1. Abramowitz y Stegun , p. 363, 9.1.82 y sigs.
  2. Erdélyi, Arthur; Magnus, Wilhelm; Oberhettinger, Fritz; Tricomi, Francesco G. (1955), Funciones trascendentales superiores. Vols. I, II, III , McGraw-Hill, MR 0058756 II.7.10.1, pág. 64
  3. Gradshteyn, Izrail Solomonovich ; Ryzhik, Iosif Moiseevich ; Geronimus, Yuri Veniaminovich ; Tseytlin, Michail Yulyevich ; Jeffrey, Alan (2015) [octubre de 2014]. "8.515.1". En Zwillinger, Daniel; Moll, Víctor Hugo (eds.). Tabla de Integrales, Series y Productos . Traducido por Scripta Technica, Inc. (8 ed.). Prensa académica, Inc. pág. 944.ISBN   0-12-384933-0. LCCN 2014010276 .