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马丢函数

马丟函数(法語:Équation de Mathieu)是1868年法國數學家以米里迂·拉·馬丢法语Émile Mathieu因研究数学物理所推得的特殊函數,下列马丟方程的解析解:

MathieuCE 3D
MathieuSE 3D

马丟方程有两个线性无关的解:

奇数解

MathieuCE(n, q, x),或记为,

偶数解

MathieuSE(n, q, x).或记为 称为基本解[1]

周期性 编辑

马丟函数 MathieuC(a,q,z) 或 MathieuS(a,q,z) 只有一个是周期为   的周期解,另一个不是。

马丟函数 MathieuC(a,q,z) 和 MathieuS(a,q,z) 两者都有是周期为 (n≥2)的周期函数。 [1]

正交性 编辑

  •  
  •  
  •  

特征方程 编辑

 
Mathieu Eigen value a(n,q)
 
Mathieu eigenvalue b(n,q)

马丟方程的特征方程是[1]

 

 

对于给定的v,q, 上列特征方程给出无穷多个a、b解称为特征值。

特征值的展开 编辑

马丟函数体特征值可展开成级数:[2]

       

         

级数展开 编辑

马丟函数ce,se的级数展开[3]

         

         

傅立叶展开式 编辑

马丟函数的傅立叶展开:[3]

  •  
  •  
  •  
  •  

其中系数A,B满足下列归递关系:[3]


 

 

 

 

 

关系式 编辑

马丟方程的基本解 满足下列关系:[3]:

 =  

郎斯基行列式:  

       


   

特例 编辑

  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

夫洛开解 编辑

 
Mathieu Floquet

马丟函数中,如果  是一个周期为 的解,并满足下列条件

 ,其中 与x 无关,则此解称为夫洛开解。

级数展开

     

参考文献 编辑

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 王竹溪 郭敦仁 603 引证错误:带有name属性“W”的<ref>标签用不同内容定义了多次
  2. ^ Frank p659
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 Frank p660 引证错误:带有name属性“F”的<ref>标签用不同内容定义了多次
  • 王竹溪 郭敦仁 《特殊函数概论》 第十二章 马丟函数 北京大学出版社 2000
  • Frank J Oliver NIST Handbook of Mathematical Functions,Cambridge University PRESS, 2010

马丢函数, 马丟函数, 法語, Équation, mathieu, 是1868年法國數學家以米里迂, 馬丢, 法语, Émile, mathieu, 因研究数学物理所推得的特殊函數, 下列马丟方程的解析解, mathieuce, 3dmathieuse, d2ydx2, 2qcos, displaystyle, frac, 马丟方程有两个线性无关的解, 奇数解mathieuce, 或记为wi, displaystyle, 偶数解mathieuse, 或记为wii, displaystyle, 称为基本解, 目录,. 马丟函数 法語 Equation de Mathieu 是1868年法國數學家以米里迂 拉 馬丢 法语 Emile Mathieu 因研究数学物理所推得的特殊函數 下列马丟方程的解析解 MathieuCE 3DMathieuSE 3D d2ydx2 a 2qcos 2x y 0 displaystyle frac d 2 y dx 2 a 2q cos 2x y 0 马丟方程有两个线性无关的解 奇数解MathieuCE n q x 或记为wI n q x displaystyle w I n q x 偶数解MathieuSE n q x 或记为wII n q x displaystyle w II n q x 称为基本解 1 目录 1 周期性 2 正交性 3 特征方程 3 1 特征值的展开 4 级数展开 5 傅立叶展开式 6 关系式 7 特例 8 夫洛开解 9 参考文献周期性 编辑马丟函数 MathieuC a q z 或 MathieuS a q z 只有一个是周期为 p displaystyle pi nbsp 或2p displaystyle 2 pi nbsp 的周期解 另一个不是 马丟函数 MathieuC a q z 和 MathieuS a q z 两者都有是周期为2np displaystyle 2n pi nbsp n 2 的周期函数 1 nbsp nbsp nbsp nbsp 正交性 编辑 02 pcem x q cen x q dx 0 displaystyle int 0 2 pi ce m x q ce n x q dx 0 nbsp 02 pcem x q sen x q dx 0 displaystyle int 0 2 pi ce m x q se n x q dx 0 nbsp 02 psem x q sen x q dx 0 displaystyle int 0 2 pi se m x q se n x q dx 0 nbsp 特征方程 编辑 nbsp Mathieu Eigen value a n q nbsp Mathieu eigenvalue b n q 马丟方程的特征方程是 1 cos p v wI a q p displaystyle cos pi v w I a q pi nbsp cos p v wII b q p displaystyle cos pi v w II b q pi nbsp 对于给定的v q 上列特征方程给出无穷多个a b解称为特征值 特征值的展开 编辑 马丟函数体特征值可展开成级数 2 a0 q 1 2 z2 7 128 z4 29 2304 z6 68687 18874368 z8 O z10 displaystyle a 0 q 1 2 z 2 7 128 z 4 29 2304 z 6 68687 18874368 z 8 O z 1 0 nbsp a1 q 1 z 1 8 z2 1 64 z3 1 1536 z4 11 36864 z5 49 589824 z6 55 9437184 z7 83 35389440 z8 12121 15099494400 z9 O z10 displaystyle a 1 q 1 z 1 8 z 2 1 64 z 3 1 1536 z 4 11 36864 z 5 49 589824 z 6 55 9437184 z 7 83 35389440 z 8 12121 15099494400 z 9 O z 1 0 nbsp a2 q 4 5 12 z2 763 13824 z4 1002401 79626240 z6 1669068401 458647142400 z8 O z10 displaystyle a 2 q 4 5 12 z 2 763 13824 z 4 1002401 79626240 z 6 1669068401 458647142400 z 8 O z 1 0 nbsp a3 q 9 1 16 z2 1 64 z3 13 20480 z4 5 16384 z5 1961 23592960 z6 609 104857600 z7 4957199 2113929216000 z8 872713 1087163596800 z9 O z10 displaystyle a 3 q 9 1 16 z 2 1 64 z 3 13 20480 z 4 5 16384 z 5 1961 23592960 z 6 609 104857600 z 7 4957199 2113929216000 z 8 872713 1087163596800 z 9 O z 1 0 nbsp b1 q 1 z 1 8 z2 1 64 z3 1 1536 z4 11 36864 z5 49 589824 z6 55 9437184 z7 83 35389440 z8 12121 15099494400 z9 O z10 displaystyle b 1 q 1 z 1 8 z 2 1 64 z 3 1 1536 z 4 11 36864 z 5 49 589824 z 6 55 9437184 z 7 83 35389440 z 8 12121 15099494400 z 9 O z 1 0 nbsp b2 q 4 1 12 z2 5 13824 z4 289 79626240 z6 21391 458647142400 z8 O z10 displaystyle b 2 q 4 1 12 z 2 5 13824 z 4 289 79626240 z 6 21391 458647142400 z 8 O z 1 0 nbsp b3 q 9 1 16 z2 1 64 z3 13 20480 z4 5 16384 z5 1961 23592960 z6 609 104857600 z7 4957199 2113929216000 z8 872713 1087163596800 z9 O z10 displaystyle b 3 q 9 1 16 z 2 1 64 z 3 13 20480 z 4 5 16384 z 5 1961 23592960 z 6 609 104857600 z 7 4957199 2113929216000 z 8 872713 1087163596800 z 9 O z 1 0 nbsp b4 q 16 1 30 z2 317 864000 z4 10049 2721600000 z6 93824197 2006581248000000 z8 O z10 displaystyle b 4 q 16 1 30 z 2 317 864000 z 4 10049 2721600000 z 6 93824197 2006581248000000 z 8 O z 1 0 nbsp b5 q 25 1 48 z2 11 774144 z4 1 147456 z5 37 891813888 z6 7 339738624 z7 63439 201364441399296 z8 1 2130840649728 z9 O z10 displaystyle b 5 q 25 1 48 z 2 11 774144 z 4 1 147456 z 5 37 891813888 z 6 7 339738624 z 7 63439 201364441399296 z 8 1 2130840649728 z 9 O z 1 0 nbsp 级数展开 编辑马丟函数ce se的级数展开 3 ce0 z q 1 1 2 cos 2 z q 1 16 1 32 cos 4 z q2 11 128 cos 2 z 1 1152 cos 6 z q3 O q4 displaystyle ce 0 z q 1 1 2 cos 2 z q 1 16 1 32 cos 4 z q 2 11 128 cos 2 z 1 1152 cos 6 z q 3 O q 4 nbsp ce1 z q cos z 1 8 cos 3 z q 1 128 cos z 1 64 cos 3 z 1 192 cos 5 z q2 1 512 cos z 1 3072 cos 3 z 1 1152 cos 5 z 1 9216 cos 7 z q3 O q4 displaystyle ce 1 z q cos z 1 8 cos 3 z q 1 128 cos z 1 64 cos 3 z 1 192 cos 5 z q 2 1 512 cos z 1 3072 cos 3 z 1 1152 cos 5 z 1 9216 cos 7 z q 3 O q 4 nbsp ce2 z q cos 2 z 1 4 1 12 cos 4 z q 19 288 cos 2 z 1 384 cos 6 z q2 49 1152 11 4608 cos 4 z 1 23040 cos 8 z q3 O q4 displaystyle ce 2 z q cos 2 z 1 4 1 12 cos 4 z q 19 288 cos 2 z 1 384 cos 6 z q 2 49 1152 11 4608 cos 4 z 1 23040 cos 8 z q 3 O q 4 nbsp ce3 z q cos 3 z 1 8 cos z 1 16 cos 5 z q 5 512 cos 3 z 1 64 cos z 1 640 cos 7 z q2 1 512 cos 3 z 1 4096 cos z 11 40960 cos 5 z 1 46080 cos 9 z q3 O q4 displaystyle ce 3 z q cos 3 z 1 8 cos z 1 16 cos 5 z q 5 512 cos 3 z 1 64 cos z 1 640 cos 7 z q 2 1 512 cos 3 z 1 4096 cos z 11 40960 cos 5 z 1 46080 cos 9 z q 3 O q 4 nbsp ce4 z q cos 4 z 1 12 cos 2 z 1 20 cos 6 z q 17 3600 cos 4 z 1 192 1 960 cos 8 z q2 7 28800 cos 2 z 29 288000 cos 6 z 1 80640 cos 10 z q3 O q4 displaystyle ce 4 z q cos 4 z 1 12 cos 2 z 1 20 cos 6 z q 17 3600 cos 4 z 1 192 1 960 cos 8 z q 2 7 28800 cos 2 z 29 288000 cos 6 z 1 80640 cos 10 z q 3 O q 4 nbsp se1 z q sin z 1 8 sin 3 z q 1 128 sin z 1 64 sin 3 z 1 192 sin 5 z q2 1 512 sin z 1 3072 sin 3 z 1 1152 sin 5 z 1 9216 sin 7 z q3 O q4 displaystyle se 1 z q sin z 1 8 sin 3 z q 1 128 sin z 1 64 sin 3 z 1 192 sin 5 z q 2 1 512 sin z 1 3072 sin 3 z 1 1152 sin 5 z 1 9216 sin 7 z q 3 O q 4 nbsp se2 z q sin 2 z 1 12 sin 4 z q 1 288 sin 2 z 1 384 sin 6 z q2 1 1536 sin 4 z 1 23040 sin 8 z q3 O q4 displaystyle se 2 z q sin 2 z 1 12 sin 4 z q 1 288 sin 2 z 1 384 sin 6 z q 2 1 1536 sin 4 z 1 23040 sin 8 z q 3 O q 4 nbsp se3 z q sin 3 z 1 8 sin z 1 16 sin 5 z q 5 512 sin 3 z 1 64 sin z 1 640 sin 7 z q2 1 512 sin 3 z 1 4096 sin z 11 40960 sin 5 z 1 46080 sin 9 z q3 O q4 displaystyle se 3 z q sin 3 z 1 8 sin z 1 16 sin 5 z q 5 512 sin 3 z 1 64 sin z 1 640 sin 7 z q 2 1 512 sin 3 z 1 4096 sin z 11 40960 sin 5 z 1 46080 sin 9 z q 3 O q 4 nbsp se4 z q sin 4 z 1 12 sin 2 z 1 20 sin 6 z q 17 3600 sin 4 z 1 960 sin 8 z q2 1 1600 sin 2 z 29 288000 sin 6 z 1 80640 sin 10 z q3 O q4 displaystyle se 4 z q sin 4 z 1 12 sin 2 z 1 20 sin 6 z q 17 3600 sin 4 z 1 960 sin 8 z q 2 1 1600 sin 2 z 29 288000 sin 6 z 1 80640 sin 10 z q 3 O q 4 nbsp se5 z q sin 5 z 1 16 sin 3 z 1 24 sin 7 z q 13 4608 sin 5 z 1 384 sin z 1 1344 sin 9 z q2 7 73728 sin 3 z 13 258048 sin 7 z 1 9216 sin z 1 129024 sin 11 z q3 O q4 displaystyle se 5 z q sin 5 z 1 16 sin 3 z 1 24 sin 7 z q 13 4608 sin 5 z 1 384 sin z 1 1344 sin 9 z q 2 7 73728 sin 3 z 13 258048 sin 7 z 1 9216 sin z 1 129024 sin 11 z q 3 O q 4 nbsp 傅立叶展开式 编辑马丟函数的傅立叶展开 3 MathieuCE 2n q x m 0 A2m2n q cos2mx displaystyle MathieuCE 2n q x sum m 0 infty A 2m 2n q cos2mx nbsp MathieuCE 2n 1 q x m 0 A2m 12n 1 q cos 2m 1 x displaystyle MathieuCE 2n 1 q x sum m 0 infty A 2m 1 2n 1 q cos 2m 1 x nbsp MathieuSE 2n 1 q x m 0 B2m 12n 1 q sin 2m 1 x displaystyle MathieuSE 2n 1 q x sum m 0 infty B 2m 1 2n 1 q sin 2m 1 x nbsp MathieuSE 2n 2 q x m 0 B2m 22n 2 q sin 2m 2 x displaystyle MathieuSE 2n 2 q x sum m 0 infty B 2m 2 2n 2 q sin 2m 2 x nbsp 其中系数A B满足下列归递关系 3 aA0 qA2 displaystyle aA 0 qA 2 nbsp a 4 A2 q 2A0 A4 displaystyle a 4 A 2 q 2A 0 A 4 nbsp a 4m2 A2m q A2m 2 A2m 2 displaystyle a 4m 2 A 2m q A 2m 2 A 2m 2 nbsp a 1 q B1 qB3 displaystyle a 1 q B 1 qB 3 nbsp a 2m 1 2 B2m 1 q B2m 1 B2m 1 displaystyle a 2m 1 2 B 2m 1 q B 2m 1 B 2m 1 nbsp 关系式 编辑马丟方程的基本解WIWII displaystyle W I W II nbsp 满足下列关系 3 wI n q 0 wII n q 0 wi n q 0 wII n q 0 displaystyle begin vmatrix w I n q 0 amp w II n q 0 w i n q 0 amp w II n q 0 end vmatrix nbsp 1001 displaystyle begin vmatrix 1 amp 0 0 amp 1 end vmatrix nbsp 郎斯基行列式 W wI wII 1 displaystyle W w I w II 1 nbsp wI a q z p wI a q p wI a q z wI a q p wII a q z displaystyle w I a q z pi w I a q pi w I a q z w I a q pi w II a q z nbsp wI a q z p wI a q p wI a q z wI a q p wII a q z displaystyle w I a q z pi w I a q pi w I a q z w I a q pi w II a q z nbsp wII a q z p wII a q p wII a q z wII a q p wII a q z displaystyle w II a q z pi w II a q pi w II a q z w II a q pi w II a q z nbsp wII a q z p wII a q p wII a q z wI a q p wII a q z displaystyle w II a q z pi w II a q pi w II a q z w I a q pi w II a q z nbsp wI z wI z displaystyle w I z w I z nbsp wII z wII z displaystyle w II z w II z nbsp displaystyle displaystyle displaystyle displaystyle 特例 编辑CE a 0 z cos az displaystyle CE a 0 z cos az nbsp SE a 0 z sin az displaystyle SE a 0 z sin az nbsp MathieuA 1 0 1 displaystyle MathieuA 1 0 1 nbsp MathieuA a 0 a2 displaystyle MathieuA a 0 a 2 nbsp MathieuB a 0 a2 displaystyle MathieuB a 0 a 2 nbsp MathieuFloquet a 0 z exp I sqrt a z displaystyle MathieuFloquet a 0 z exp I sqrt a z nbsp displaystyle 夫洛开解 编辑 nbsp Mathieu Floquet马丟函数中 如果f x displaystyle f x nbsp 是一个周期为w displaystyle omega nbsp 的解 并满足下列条件f x w s f x displaystyle f x omega sigma f x nbsp 其中s displaystyle sigma nbsp 与x 无关 则此解称为夫洛开解 级数展开MF 1 1 z 7992 5734 I 9134 6553 I z 3996 2867 I z2 1523 1092 I z3 2331 1673 I z4 O z5 displaystyle MF 1 1 z 7992 5734 I 9134 6553 I z 3996 2867 I z 2 1523 1092 I z 3 2331 1673 I z 4 O z 5 nbsp MF 1 2 z 7643 4526 I 1 167 6910 I z 1 146 6789 I z2 5835 3455 I z3 2229 1320 I z4 O z5 displaystyle MF 1 2 z 7643 4526 I 1 167 6910 I z 1 146 6789 I z 2 5835 3455 I z 3 2229 1320 I z 4 O z 5 nbsp MF 1 3 z 6841 3703 I 1 318 7135 I z 1 710 9258 I z2 1 098 5946 I z3 0 2851e 1 0 1543e 1 I z4 O z5 displaystyle MF 1 3 z 6841 3703 I 1 318 7135 I z 1 710 9258 I z 2 1 098 5946 I z 3 0 2851e 1 0 1543e 1 I z 4 O z 5 nbsp 参考文献 编辑 1 0 1 1 1 2 王竹溪 郭敦仁 603 引证错误 带有name属性 W 的 lt ref gt 标签用不同内容定义了多次 Frank p659 3 0 3 1 3 2 3 3 Frank p660 引证错误 带有name属性 F 的 lt ref gt 标签用不同内容定义了多次王竹溪 郭敦仁 特殊函数概论 第十二章 马丟函数 北京大学出版社 2000 Frank J Oliver NIST Handbook of Mathematical Functions Cambridge University PRESS 2010 取自 https zh wikipedia org w index php title 马丢函数 amp oldid 50925636, 维基百科,wiki,书籍,书籍,图书馆,

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