פונקציית דיגמא
בערך זה |
במתמטיקה, פונקציית הדיגמא מוגדרת כנגזרת הלוג של פונקציית הגמא:[1][2]
זאת הראשונה מבין פונקציות הפוליגמא. פונקציה זו מונוטונית עולה ממש וקעורה ממש על ,[3] והיא שקולה אסימפטוטית ל-[4]
עבור () בגזרה לכל .
פונקציית הדיגמא מסומנת לעיתים קרובות כ- או Ϝ.[5]
קשר למספרים ההרמוניים עריכה
פונקציית הגמא מקיימת את המשוואה
ניקח לוג של שני האגפים:
גזירה ביחס ל- :
מכיוון שהמספרים ההרמוניים מוגדרים עבור מספרים שלמים חיוביים n
מתקיים,
כאשר ו- הוא קבוע אוילר-מסקרוני. עבור ארגומנטים של חצי מספר שלם פונקציית דיגמא מקבלת את הערכים
ייצוגים אינטגרליים עריכה
אם החלק הממשי של הוא חיובי אז לפונקציית הדיגמא יש את הייצוג האינטגרלי של גאוס:[6]
שילוב של ביטוי זה עם זהות אינטגרלית עבור קבוע אוילר-מסקרוני נותן:
האינטגרל הזה הוא המספר ההרמוני של אוילר , כך שניתן לכתוב:
כתוצאה מקבלים הכללה של נוסחת נסיגה:
הייצוג אינטגרלי של דיריכלה:[6]
מהייצוג האינטגרלי של גאוס ניתן לקבל את הנוסחה הבאה של .[7]
נוסחה זו היא גם תוצאה של האינטגרל הראשון של בינה עבור פונקציית הגמא. ניתן לזהות את האינטגרל כהתמרת לפלס.
האינטגרל השני של Binet לפונקציית גמא נותן נוסחה שונה עבור :[8]
מתוך ההגדרה של והייצוג האינטגרלי של פונקציית הגמא, מקבלים
כאשר .[9]
ייצוג באמצעות מכפלה אינסופית עריכה
הפונקציה היא פונקציה שלמה,[10] והיא יכולה להיות מיוצגת על ידי מכפלה אינסופית:
כאשר הוא האפס ה- של (ראה להלן) ו- הוא קבוע אוילר-מסקרוני.
הערה: זה גם שווה ל- בשל ההגדרה של פונקציית הדיגמא:
ייצוג כטור עריכה
מנוסחת המכפלה של אוילר לפונקציית הגמא, בשילוב עם המשוואה הפונקציונלית וזהות עבור הקבוע של אוילר-מסקרוני, מתקבל הביטוי הבא לפונקציית הדיגמא, התקף במישור המורכב פרט למספרים השלמים השליליים (אברמוביץ וסטגון 6.3.16):[1]
חישוב סכומים של פונקציות רציונליות עריכה
ניתן להשתמש בזהות לעיל כדי להעריך סכומים מהצורה
כאשר ו- הם פולינומים של .
פירוק לשברים חלקיים של בשדה המורכב, במקרה שבו כל השורשים של הם שורשים פשוטים,
כדי שהטור יתכנס,
- ,
אחרת הטור יהיה גדול מהטור ההרמוני ויתבדר. לכן,
ונקבל,
ניתן לקבל גם נוסחה כללית באמצעות טורים עם פונקציות פוליגמא בדרגה גבוהה יותר:
בתנאי שהטור משמאל מתכנס.
טור טיילור עריכה
לדיגמא יש טור זיטה רציונלית, הניתן על ידי פיתוח טור טיילור סביב הנקודה :
שמתכנס עבור . כאשר, היא פונקציית הזטה של רימן. טור זה מתקבל מהטור טיילור של פונקציית הזטה של Hurwitz.
טור ניוטון עריכה
טור ניוטון לפונקציית דיגמא, המכונה לפעמים גם טור שטרן:[11][12]
כאשר הוא המקדם הבינומי. ניתן להכליל זאת ל-
כאשר .[12]
נוסחת השיקוף עריכה
פונקציית הדיגמא מקיימת נוסחת שיקוף דומה לזו של פונקציית הגמא:
- .
ראו גם עריכה
קישורים חיצוניים עריכה
- Wimp, Jet (1961). "Polynomial approximations to integral transforms". Math. Comp. 15 (74): 174–178. doi:10.1090/S0025-5718-61-99221-3.
- Abramowitz, M.; Stegun, I. A., eds. (1972). "6.3 psi (Digamma) Function.". Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables (10th ed.). New York: Dover. pp. 258–259.
- "NIST. Digital Library of Mathematical Functions (DLMF), Chapter 5".
- פונקציית דיגמא, באתר MathWorld (באנגלית)
הערות שוליים עריכה
- ^ 1 2 Abramowitz, M.; Stegun, I. A., eds. (1972). "6.3 psi (Digamma) Function.". Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables (10th ed.). New York: Dover. pp. 259–258.
- ^ "NIST. Digital Library of Mathematical Functions (DLMF), Chapter 5".
- ^ Alzer, Horst; Jameson, Graham (2017). "A harmonic mean inequality for the digamma function and related results" (PDF). Rendiconti del Seminario Matematico della Università di Padova. 137: 203–209. doi:10.4171/RSMUP/137-10.
- ^ "NIST. Digital Library of Mathematical Functions (DLMF), 5.11".
- ^ Pairman, Eleanor (1919). Tables of the Digamma and Trigamma Functions. Cambridge University Press. p. 5.
- ^ 1 2 Whittaker and Watson, 12.3.
- ^ Whittaker and Watson, 12.31.
- ^ Whittaker and Watson, 12.32, example.
- ^ "NIST. Digital Library of Mathematical Functions (DLMF), 5.9".
- ^ Mező, István; Hoffman, Michael E. (2017). "Zeros of the digamma function and its Barnes G-function analogue". Integral Transforms and Special Functions. 28 (11): 846–858. doi:10.1080/10652469.2017.1376193.
- ^ Nörlund, N. E. (1924). Vorlesungen über Differenzenrechnung. Berlin: Springer.
- ^ 1 2 Blagouchine, Ia. V. (2018). "Three Notes on Ser's and Hasse's Representations for the Zeta-functions" (PDF). INTEGERS: The Electronic Journal of Combinatorial Number Theory. 18A: 1–45.