메이저 G-기능

Meijer G-function

수학에서 G-함수코넬리스 사이먼 메이저(1936년)에 의해 알려진 특수함수의 대부분을 특정 사례로 포함시키기 위한 매우 일반적인 함수로 도입되었다. 일반화된 초지하학 기능과 맥로버트 E 기능은 같은 목적을 가지고 있었지만, 메이저의 G-기능은 특정한 경우로서도 포함시킬 수 있었다. 첫 번째 정의는 Meijer에 의해 시리즈를 사용하여 만들어졌다; 오늘날에는 받아들여지고 더 일반적인 정의는 1953년 Arthur Erdelyi에 의해 그것의 전체 일반성에 소개된 복잡한 평면통합된 선을 통해 이루어진다.

현대적 정의로, 확립된 특수기능의 대다수를 메이저 G기능의 관점에서 나타낼 수 있다. 주목할 만한 특성은 차별화뿐만 아니라 무한 통합 상태에서도 모든 G 기능 세트를 폐쇄하는 것이다. G-함수 G(z)의 주장 z의 일정한 힘인 요인 z로부터ρ 해방할 수 있는 함수 방정식과 결합하여, 폐쇄는 함수가 함수 인수의 일정한 힘, f(x) = G(cxγ)의 일정한 배수의 G-함수로서 표현될 수 있을 때마다, 파생 및 의 반변위성을 암시한다. 이 기능도 표현 가능하다.

특수 기능의 광범위한 적용은 또한 파생상품과 반물질의 표현과 조작 이외의 마이저의 G기능의 사용에 힘을 빌려준다. 예를 들어, 확실한 두 G-functions의 합리적인 γ/δ는 단지 또 다른 G-function를 가지고 있는 제품 G1(cxγ)·G2(dxδ)로 쓸 수 있는 어떤 함수 g())의 긍정적인 실축에 대한 푸리에 변환과 라플라스 변환과 그들의 inverses 같은 적분 변환의 일반화 발생할 때 적합한 G-function pa. 적분irs 변형 커널로 고용되었다.

마이어의 G기능에 추가 파라미터를 도입하는 보다 일반적인 기능은 폭스사의 H기능이다.

메이저 G-함수의 정의

메이저 G 기능의 일반적 정의는 복합 평면(Bateman & Erdelyi 1953, § 5.3-1)에 통합된 다음 라인에 의해 제시된다.

여기서 γ은 감마 함수를 나타낸다. 이 적분은 소위 멜린-반스 유형의 것으로, 역 멜린 변환으로 볼 수 있다. 이 정의는 다음과 같은 가정을 전제로 한다.

  • 0 ≤ mq0 ≤ n ≤ p, 여기서 m, n, p, q는 정수다.
  • akj - b = 1, 2, ..., nj = 1, 2, ..., m의 경우, bj(b - s), j = 1, 2, ...m의 어떤 극도 γ(1 - ak + s), k = 1, 2, ...n의 극과 일치하지 않음을 의미한다.
  • z ≠ 0

역사적 이유로 첫 번째 하한 및 두 번째 상한 지수는 상단 매개변수 행을 참조하고, 두 번째 하한 및 첫 번째 상한 지수는 하단 매개변수 행을 참조한다. 벡터를 사용한 다음과 같은 합성 표기법과 자주 마주친다.

컴퓨터 대수 시스템에서 G-함수의 구현은 일반적으로 4개의 (비었을 가능성이 있는) 매개변수 그룹1 a ... an, an+1 ... ap, b1 ...bmm+1q, b ...b에 대해 별도의 벡터 인수를 채택하므로 p, q, n, m의 순서는 중복으로 생략할 수 있다.

적분 내 L은 적분하는 동안 따라야 할 경로를 나타낸다. 이 경로에 대해 세 가지 선택이 가능하다.

1.Lj i(b - s), j = 1, 2, ...m의 모든 극이 경로 오른쪽에 있고, m(1 - a + s), k = 1, 2, ...n모든 극은 왼쪽에 있도록 -ii에서 +i∞까지k 운행한다. 그런 다음 적분은 arg z < Δπ에 수렴한다.
이것에 대한 명백한 전제조건은 Δ > 0이다. (q - p) (δ + ½ ) > Re (q) + 1에 대한 2arg z에 대한 적분은 추가로 수렴되며, 여기서 σ은 통합 변수 s가 +i∞과 -i∞ 둘 다에 접근함에 따라 Re(s)를 나타낸다.
원뿔형으로서, arg z = Δ πp = q의 경우, Re(ν) < -1 때마다 whenever과 독립적으로 통합된다.
2. L is a loop beginning and ending at +∞, encircling all poles of Γ(bjs), j = 1, 2, ..., m, exactly once in the negative direction, but not encircling any pole of Γ(1 − ak + s), k = 1, 2, ..., n. Then the integral converges for all z if q > p ≥ 0; it also converges for q = p > 0 as long as z < 1. 후자의 경우, Re( re) > -1일 경우 적분은 z = 1에 추가로 수렴되며, 여기서 ν은 첫 번째 경로에 대해 정의된다.
3.L은 루프 시작과−∞에 Γ(1− 10월.+s), k의 모든 전주를 종료=1,2,...,, 일단 정확히 말하자면 긍정적인 방향에 와 있지만 p입니다. 모든 z..., m이제 정수 converges Γ(bj − s)의 폴, j=1,2, 감싸지 않으며 q ≥ 0;그것은 또한 p)q을에 전진;0한 z>1.이 사건에 두번째 경로도. p = q의 적분은 또한 Re(제곱) < -1일 때 z = 1에 수렴한다.

수렴 조건은 스털링의 점증적 근사치를 통합체의 감마함수에 적용하여 쉽게 확립된다. 통합이 이러한 경로들 중 하나 이상에 대해 수렴될 때, 통합의 결과는 일치한다는 것을 보여줄 수 있다; 만약 통합이 하나의 경로에 대해서만 수렴된다면, 이것은 고려되어야 할 유일한 것이다. 실제로 복잡한 평면의 수치 경로 통합은 메이저 G 기능 계산에 대한 실행 가능하고 합리적인 접근방식을 구성한다.

이 정의의 결과로, 메이저 G 기능은 원점 z = 0과 단위 원 z = 1을 제외한 z분석 함수다.

미분방정식

G-함수는 오더 max(p,q)의 다음과 같은 선형 미분 방정식을 만족한다.

pq의 경우에 이 방정식의 근본적인 해결책 집합에는 다음이 필요할 수 있다.

그리고 마찬가지로 p q q의 경우:

이러한 특정 솔루션은 z = 0에서 발생할 수 있는 특이점(z = ∞)과 p = q에서 발생할 수 있는 특이점(-1)을 제외하고 분석적이다.pmn 현재에서 볼 수 있듯이, 그것들은 각각 검정력bh z로 곱한 인수(-1)pmn z일반화된 초계함수q−1 F와 검정력ah−1 z로 곱한 인수(-qmn1−1) z의 일반화된 초계함수 Fp−1 식별할 수 있다.

G-기능과 일반화된 초기하 함수의 관계

에서 소개한 두 번째 경로를 따라 평가했을 때 적분이 수렴되고, ((bj - s), j = 1, 2, ..., m, m 사이에 합체극이 나타나지 않으면, 메이저 G 기능은 일반화된 초기하 함수 Fq−1(슬레이터의 정리)의 관점에서 잔류물의 합으로 표현할 수 있다.

별은 j = h에 해당하는 용어가 생략되었음을 나타낸다. 두 번째 경로를 따라 수렴하기 위한 적분에는 p < q, 또는 p = q와 z < 1이 있어야 하며, 극이 구별되려면 b j 어떤 쌍도, j = 1, 2, ..., m은 정수 또는 0으로 다를 수 있다. 관련 별표는 다음과 같이 지수 j = h를 사용한 기여를 무시하도록 상기시킨다. 제품에서 이것은 γ(0)을 1로 대체하는 것과 같으며, 초기하 함수의 주장에서 벡터 표기법의 의미를 상기하면,

이는 벡터 길이를 q에서 q-1로 단축하는 양이다.

m = 0일 때, 두 번째 경로에는 폴이 없으므로 적분은 동일하게 사라져야 한다.

p < q, 또는 p = q와 z < 1인 경우.

마찬가지로, 위의 세 번째 경로를 따라 평가할 때 적분이 수렴되고, ((1 - ak + s), k = 1, 2, ..., n 사이에 합체극이 나타나지 않으면 G-함수는 다음과 같이 표현할 수 있다.

이를 위해 p > q 또는 p = q와 z > 1이 필요하며, ak, k = 1, 2, ..., n 중 어떤 쌍도 정수나 0으로 차이가 나지 않을 수 있다. n = 0의 경우 결과적으로 다음이 있다.

p > q 또는 p = q와 z > 1인 경우.

한편, 일반화된 초기하 함수는 Meijer G-함수의 관점에서 쉽게 표현할 수 있다.

벡터 표기법을 사용한 경우:

최소 한 해당 매개 변수 난 0또는 0보다 작은. 정수 값은 어떤 경우에 G-function 사라지고 그 G-functions의 매개 변수 집합의 감마 후자에 곱하는 인자 −는 요구 사항을 10월.을 위반하는 유한한 다항식에, 초기 하학 기능을 떨어뜨리이 보유하고 있bj ≠ 1,2,3,...k에=1,2,...n과 j=1,2,...,. 그렇지만에서 m.ini위쪽의 이 제한사항과는 별도로, 일반화된 초기하계 영상 시리즈q F(z)가 수렴할 때마다, 즉 p q q일 때는 유한 z, p = q + 1일 때는 z < 1에 대해 관계가 유효하다. 후자의 경우, G-함수와의 관계는 실제 축을 따라 1에서 to까지의 분기로 Fq(z)와 z ≥ 1의 분석적 연속성을 자동으로 제공한다. 마지막으로, 관계는 p > q + 1의 순서로 초기하 함수의 정의의 자연적 확장을 제공한다. 따라서 G-함수를 통해 p > q + 1에 대한 일반화된 초기하 미분 방정식을 해결할 수 있다.

다항식 케이스

일반화된 초기하 함수의 다항식 사례를 Meijer G-functions 관점에서 표현하려면 일반적으로 두 개의 G-functions의 선형 결합이 필요하다.

여기서 h = 0, 1, 2, ...는 다항식 Fq(z)의 정도와 같다. mn의 순서는 0 ≤ mq와 0 n n p p 범위에서 자유롭게 선택할 수 있으며, 이는 다항식의 매개변수 ap bq 사이의 특정 정수 값이나 정수 차이가 사전 인자 내 감마 함수를 발생시키거나 G-함수의 정의와 충돌하는 것을 피할 수 있다. 첫 번째 G-함수는 p > q일 경우 n = 0, 번째 G-함수는 m = 0일 경우 소멸한다는 점에 유의한다. p < q. 다시 두 가지 G-함수를 잔류물의 합으로 표현함으로써 공식은 확인할 수 있다. G-함수의 정의에 의해 허용되는 혼합극의 경우는 여기에서 제외할 필요가 없다.

G-기능의 기본 특성

G-함수의 정의에서 알 수 있듯이, 분자와 통합자의 분모를 결정하는 ap bq 사이에 동일한 매개변수가 나타나면, 분수를 단순화할 수 있고, 그에 따른 함수의 순서가 감소한다. 순서 m 또는 n의 감소 여부는 해당 매개변수의 특정 위치에 따라 달라진다. 따라서 ak, k = 1, 2, ..., n 하나가 bj, j = m + 1, ..., q 중 하나라면 G-함수는 p, q, n:

같은k 이유로, a, k = n + 1, ..., p하나j b, j = 1, 2, ..., m 중 하나라면, G-함수는 그 주문p, q, m:

정의에서 시작하여 다음과 같은 특성을 도출할 수도 있다.

약칭 νΔ는 위의 G 기능의 정의에서 도입되었다.

파생상품 및 반물질

G-함수의 파생상품과 관련하여 다음과 같은 관계를 발견한다.

이 네 가지 중에서 왼쪽의 파생상품만 평가하고 조금 조작하면 등가 관계를 추론할 수 있다. 예를 들면 다음과 같다.

더욱이 임의의 순서 h의 파생상품의 경우, 다음과 같이 한다.

이는 또한 h < 0을 유지하므로 파생 모델처럼 쉽게 G-함수의 해독제를 얻을 수 있다. 어느 공식에 제시된 두 가지 결과 중 하나 또는 다른 하나를 선택함으로써 G-함수의 정의에 의해 부과되는 k = 1, 2, ..., nj = 1, 2, 2, ...m에 대해 결과의 매개변수 집합이 ak - bj ≠ 1, 2, 3, ...을 위반하는 것을 항상 막을 수 있다. h < 0의 경우 각 결과 쌍이 불평등하게 된다는 점에 유의한다.

이러한 관계에서 가우스 초지하학 함수와 기타 특수 함수의 해당 특성을 도출할 수 있다.

재발관계

1차 파생상품에 대해 서로 다른 표현을 동일시함으로써, 연속적인 G 기능들 간의 다음과 같은 3차 재발 관계에 도달한다.

대각선 매개변수에 대한 유사한 관계는 1 적절한 조합에 의한1 a, b, bq 으로p 한다. 다시 말하지만, 초지압과 다른 특수 기능의 해당 특성은 이러한 재발 관계에서 도출될 수 있다.

곱셈 정리

z ≠ 0을 전제로, 다음 관계는 다음과 같다.

위와 같은 기본 속성의 도움을 받아 Taylorw = 1에 대한 확장에 따른 것이다. 수렴 반경z의 값과 확장된 G 기능에 따라 달라진다. 팽창은 베셀, 초기하결합초기하 함수에 대한 유사한 이론의 일반화로 간주할 수 있다.

G-기능과 관련된 명확한 통합

임의의 G-기능을 포함하는 명확한 통합 중 하나는 다음과 같다.

이 적분자가 존재하는 제한사항은 여기서 생략되었다는 점에 유의하십시오. 물론 G 기능의 멜린 변환이 다시 통합으로 이어져서 위의 정의에 나타나야 하는 것은 놀랄 일이 아니다.

G 기능을 위한 오일러형 통합은 다음을 통해 제공된다.

이러한 통합이 존재하는 광범위한 제한사항은 "Integrated Transforms"의 417페이지, vol에서 확인할 수 있다. II(1954년), A에 의해 편집됨. 에르델리야 G 기능에 미치는 영향을 고려하여 이러한 통합은 상당히 큰 종류의 기능(Erdelyi-Kober 연산자)에 대한 부분 통합의 작동을 정의하는 데 사용될 수 있다.

근본적인 중요성의 결과는 양의 실제 축에 걸쳐 통합된 두 개의 임의의 G-기능의 산물이 단지 다른 G-기능(콘볼루션 정리)으로 표현될 수 있다는 것이다.

그 적분이 존재하는 제한은 메이저, C. S., 1941: 네델에서 찾을 수 있다. Akad. Wetensch, Proc. 44, 페이지 82-92. 결과의 Mellin 변환이 통합 및 두 기능의 Mellin 변환에서 발생하는 감마 인자를 어떻게 조합하는지에 주목하십시오.

콘볼루션 공식은 G 기능 중 하나에 Mellin-Barnes 적분을 대체하고, 통합 순서를 반대로 하며, 내부 Mellin-transform 적분을 평가함으로써 도출될 수 있다. 앞의 오일러형 통합도 이와 유사하게 따른다.

라플라스 변환

위의 콘볼루션 통합 및 기본 속성을 사용하면 다음과 같은 것을 알 수 있다.

여기서 Re(Ω) > 0. 함수 G((x)에α 파워 x를 곱한 라플라스 변환이다. α = 0을 넣으면 G 기능의 라플라스 변환을 얻는다. 평소와 같이 역변형은 다음에 의해 주어진다.

여기서 c는 통합에 있는 어떤 폴의 오른쪽에 통합 경로를 배치하는 진짜 양의 상수다.

G 기능의 라플라스 변환을 위한 또 다른 공식은 다음과 같다.

여기서 다시 Re(Ω) > 0. 통합이 존재하는 제한사항의 세부사항은 두 경우 모두 생략되었다.

G 기능을 기반으로 한 적분 변환

일반적으로 적절한 함수 f(z,y) 또는 적절한 함수 g(z)에 대해 다음 두 관계가 동시에 유지되는 경우, k(z,y)와 h(z,y) 두 함수를 변환 커널 쌍이라고 한다.

낟알은 k(z,y) = h(z,y)이면 대칭이라고 한다.

나레인 변형

Roop Narain(1962, 1963a, 1963b)은 다음과 같은 기능을 보여주었다.

비대칭 변환 커널 쌍이며, 여기γ > 0, n - p = m - q > 0 및:

추가 수렴 조건과 함께 특히j p = q, m = n, j = 1j, 2, ..., pcj + dj = 0, j = 1, 2, ..., m이면 커널 쌍이 대칭이 된다. 잘 알려진 한클 변환은 나레인 변환의 대칭적인 특수 사례다( ( = 1, p = q = 0, m = n = 1, c = -d11 = ½ = 1, c = -d = ½).2

윔프 변환

Jet Wimp(1964)는 이러한 함수가 비대칭 쌍의 변환 커널임을 보여주었다.

여기서 A(·) 함수는 다음과 같이 정의된다.

일반화된 라플라스 변환

라플라스 변환은 나랭이 행클 변환을 일반화한 것과 밀접하게 유사하게 일반화할 수 있다.

여기서 γ > 0, pq 및:

그리고 상수 c > 0이 통합에 있는 폴의 오른쪽에 두 번째 통합 경로를 배치한다. γ = 2½, ρ = 0, p = q = 0의 경우, 이는 익숙한 라플라스 변환에 해당한다.

메이저 변환

이러한 일반화의 두 가지 특별한 경우는 C.S에 의해 주어졌다. 1940년과 1941년의 메이저. γ = 1, ρ = -ν, p = 0, q = 1 1 b = ν에 대한 사례가 기록될 수 있다(Meijer 1940).

and = 2½, , = -m - k, p = 1, a1 = m - k, b1 = 2m에 대해 얻은 경우는 다음과 같이 쓸 수 있다(Meijer 1941a).

여기서 Iν Kν 각각 제1종과 제2종류의 변형베셀함수k,m, Mk,m W는 휘태커함수이며, 첫 번째 경우에는 fg와 그들의 논거 s와 t에 일정한 척도계수가 적용되었다.

G-함수의 관점에서 다른 함수의 표현

다음 목록은 친숙한 기본 기능이 메이저 G 기능의 특별한 사례로 어떻게 발생하는지를 보여준다.

여기서 HHubiside step 함수를 나타낸다.

다음 목록은 G-함수의 측면에서 상위 함수를 어떻게 표현할 수 있는지를 보여준다.

α 관한 α(α,x)와 α(α,x)의 파생상품도 메이저 G-함수의 관점에서 표현할 수 있다. 여기서 γ과 γ은 하완성 감마함수와 상완성 감마함수, Jν Yν 각각 제1종과 제2종의 베셀함수, Iν Kν 그에 상응하는 변형된 베셀함수, φ은 레르흐 초월함수다.

참고 항목

참조

외부 링크