Gaussin jatkuva jae

On monimutkainen analyysi , eli Gaussin jatkuva osa on erikoistapaus jatkuva osa on peräisin hypergeometrinen sarja . Tämä oli yksi varhaisimmista esimerkeistä analyyttisistä jatkuvista fraktioista . Ne mahdollistavat tärkeiden perusfunktioiden sekä monimutkaisempien transsendenttisten erikoistoimintojen edustamisen .

Historia

Lambert julkaistu muutamia esimerkkejä yleisen edelleen jakeet tämän lomakkeen 1768, osoittaa muun muassa irrationaalisuuteen on π ( vrt § "Applications 0 F 1  " alla ). Euler ja Lagrange tutkivat samankaltaisia ​​rakenteita, mutta Gauss käytti seuraavassa osassa kuvattua algebrallista temppua tämän jatkuvan jakeen yleisen muodon antamiseksi vuonna 1813.

Se ei kuitenkaan osoittanut lähentymisen ominaisuuksia . Bernhard Riemann ja Ludwig Wilhelm Thomé saivat osittaisia ​​tuloksia, mutta vasta vuonna 1901 Edward Burr Van Vleck  (ei) selvitti lähentymisaluetta .

Yleinen kaava

Olkoon ( f i ) olla sekvenssi analyyttinen toimintoja siten, että kaikilla i > 0 ,

missä k i ovat vakioita . Joten poseeraamalla siksi ( Pringsheimin merkinnässä ) ja toistamalla tämän muutoksen loputtomasti:

On Gaussin ketjumurtoluku, toiminnot f i ovat hypergeometrinen sarja muotoa 0 F 1 , 1 F 1 ja 2 F 1 , ja yhtälöt f i -1 - f i = k i ZF i + 1 peräisin " identiteettien välillä nämä toiminnot, joissa parametrit eroavat kokonaismäärien mukaan . Nämä identiteetit voidaan osoittaa monin tavoin, esimerkiksi laajentamalla sarjaa ja vertaamalla kertoimia, tai laskemalla johdannainen monin tavoin ja eliminoimalla se tuotetuista yhtälöistä.

Kolme sarjaa 0 F 1 , 1 F 1 ja 2 F 1

0 F- 1 sarja

Yksinkertaisin tapaus koskee toimintoa

Henkilöllisyyden mukaan voimme ottaa Joka antaa tai muuntamalla  :

Tämä kehitys lähenee meromorfista funktiota, joka määritetään kahden yhtenevän sarjan osamäärällä (edellyttäen tietenkin, että a ei ole negatiivinen tai nolla kokonaisluku).

1 F- 1 sarja

Seuraava tapaus koskee konfluentteja hypergeometrinen sarja on Kummer

jolle näitä kahta identiteettiä käytetään vuorotellen Kysymällä jne. ja saamme josta päätämme

mutta myös käyttämällä että 1 F 1 (0, b , z ) = 1 ja korvaamalla b + 1 , jonka b , erityistapaus

Samoin tai:

2 F- 1 sarja

Viimeinen tapaus koskee toimintoa

Käytämme taas vaihtoehtoisesti kahta identiteettiä: jotka ovat itse asiassa samat inversio lähellä a: ta ja b: tä .

Kysymällä jne. ja saamme josta päätämme

mutta myös käyttämällä että 2 F 1 (0, b , c ; z ) = 1 ja korvaamalla c + 1 , jonka c , erityistapaus

Lähentyminen

Tässä osassa jätetään pois tapaus, jossa jotkut parametrit ovat negatiivisia tai nolla kokonaislukuja, koska tässä tapauksessa joko hypergeometrisiä sarjoja ei ole määritelty tai ne ovat polynomeja ja sitten jatkuva osa on äärellinen. Poissulkemme myös muita triviaalisia poikkeuksia.

Toiminnot 0 F 1 ja 1 F 1 ovat kokonaislukuja siksi niiden osamäärät ovat meromorphic . Saadut jatkuvat fraktiot yhtyvät tasaisesti mihin tahansa kompleksin tason rajattuun suljettuun osaan, joka ei sisällä mitään tämän toiminnon napoista .

Suppenemissäde sarjan 2 F 1 on yhtä suuri kuin 1 siksi niiden osamäärät ovat meromorphic on auki yksikkö levy . Saadut jatkuvat fraktiot yhtyvät tasaisesti kaikilla rajoitetuilla suljetuilla suljetuilla, jotka sisältyvät tähän levyyn eivätkä sisällä mitään napoja. Levyn ulkopuolella, jatkuva osa edustaa analyyttinen jatkaminen funktion kompleksitasossa vaille todellinen puoli-line [1, + ∞ [ . Useimmiten piste 1 on haarapiste ja puoliviiva [1, + ∞ [ on haara leikattu tälle toiminnolle.

Esimerkkejä sovelluksista

Sovellukset 0 F 1

Hakemukset kohdassa 1 F 1

Sovellukset kohdassa 2 F 1

Huomautuksia ja viitteitä

(fr) Tämä artikkeli on osittain tai kokonaan otettu englanninkielisestä Wikipedia- artikkelista Gaussin jatkuva osa  " ( katso luettelo kirjoittajista ) .
  1. (sisään) Hubert Stanley Wall  (sisään) , jatkuvien fraktioiden analyyttinen teoria , AMS ,2000( 1 st  ed. 1948), 433  s. ( ISBN  978-0-8218-2106-0 ) , s.  349.
  2. (in) William B. Jones ja WJ Thron , jatkuu Fraktiot: Analyyttinen Theory and Applications , Addison-Wesley , ai.  "Encyclopedia of Mathematics ja sen sovellukset" ( n o  11),1980( ISBN  978-0-201-13510-7 ) , s.  5.
  3. (La) CF Gauss , "  Disquisitiones generales circa seriem infinitam: Sectio secunda - Fractiones continuae  " , Commentationes Societatis Regiae Scientiarum Gottingensis latestiores ,1813, s.  13-17 ( lue verkossa ).
  4. B. Riemannin, kehittämisestä osamäärä kahden hypergeometrisen sarjaa äärettömän jatkuvassa murto , 1863 - tuotantoonsa de Riemannin, 1873, 2 nd ed., S  424 (postuuminen fragmentti - alkuperäinen nimi: (it) “  Sullo svolgimento del quoziente di due serie ipergeometriche in frazione continua infinita  ”).
  5. (de) LW Thomé , "  Über die Kettenbruchentwicklung des Gauss schen Quotienten ...  " , J. kuningatar angew. Matematiikka. , voi.  67,1867, s.  299-309 ( lue verkossa ).
  6. (sisään) EB Van Vleck , "  Gaussin jatkuvan jakeen ja muiden jatkuvien jakeiden lähentymisestä  " , Annals of Mathematics , voi.  3,1901, s.  1-18 ( DOI  10.2307 / 1967627 ).
  7. Jones ja Thron 1980 , s.  206.
  8. Seinä 2000 , s.  339.
  9. (mistä) Oskar Perron , Die Lehre von den Kettenbrüchen , Teubner,1913( lue verkossa ) , "§ 64: Beispiele - Die Kettenbrüche von Gauss und Heine" , s.  343-354.
  10. Vastaava muoto, joka on annettu julkaisussa Gauss 1813 , s.  16, esiintyy artikkelin §: ssä ”Ensimmäisen tyypin jatkuva murtoluku” eksponenttifunktion Padé-likiarvoista .
  11. Jones ja Thron 1980 , s.  208.
  12. Seinä 2000 , s.  343.
  13. Jones ja Thron 1980 , s.  202.

Katso myös

Ulkoinen linkki

(en) Eric W. Weisstein , ”  Gaussin jatkuva murtoluku  ” , MathWorldissa

<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">