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朗伯W函数

朗伯W函数(英語:Lambert W function,又称为欧米加函数乘积对数),是f(w) = wew反函数,其中ew指数函数w是任意复数。对于任何复数z,都有:

W0(x)的图像,−1/ex ≤ 4

由于函数f不是单射,因此函数W多值的(除了0以外)。如果我们把x限制为实数,并要求w是实数,那么函数仅对于x ≥ −1/e有定义,在(−1/e, 0)内是多值的;如果加上w ≥ −1的限制,则定义了一个单值函数W0(x)(见图)。我们有W0(0) = 0,W0(−1/e) = −1。而在[−1/e, 0)内的w ≤ −1分支,则记为W−1(x),从W−1(−1/e) = −1递减为W−1(0) = −∞。

朗伯W函数不能用初等函数来表示。它在组合数学中有许多用途,例如的计算。它可以用来解许多含有指数的方程,也出现在某些微分方程的解中,例如y'(t) = a y(t − 1)。

复平面上的朗伯W函数的函數圖形

微分和积分 编辑

朗伯  函数的积分形式为

 
 


  ,若  

 

把被积函数的实部和虚部分离出来:

 
 


  ,则有   ,展开分离出实部和虚部,

 ,当 时,易知  


 
 

  ,上式还可化为 

隐函数的求导法则,朗伯 函数满足以下的微分方程

  

因此:

  

函数 ,以及许多含有 的表达式,都可以用 变量代换来积分,也就是说 

 
 

其中 欧米加常数

性质 编辑

  

其中 高德納箭號表示法

 、若 ,则 

泰勒级数 编辑

  的泰勒级数如下:

 

收敛半径 


加法定理 编辑

 
 

複數值 编辑

實部

  ,  

虛部

 ,  

模長

 

模角

 ,  

共軛值

 ,  

特殊值 编辑

 
 
 
 欧米加常数
 
 
 
 
 
   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

应用 编辑

许多含有指数的方程都可以用 函数来解出。一般的方法是把未知数都移到方程的一侧,并设法化为 的形式。

例子 编辑

例子1
 
 
 
 
 
 
 

更一般地,以下的方程

 

其中

 

两边同乘:  

得到: 

同除以: 

得到: 

同除: 

 

可以用变量代换

 

化为

 

即: 

同乘: 

得出

 

 

带入 

 

因此最终的解为

 

若辅助方程: 中,

 ,

辅助方程无实数解,原方程亦无实解;

若: ,

辅助方程有一实数解,原方程有一实解:

 

若:  ,

辅助方程有二实解,设为 

 

 

 

例子2

用类似的方法,可知以下方程的解

 

 

 
例子3

以下方程的解

 

具有形式

 


例子4
 
  :   :  

取对数,

 
 
 
 

取倒数,

 
 

最终解为 :  

例子5
 

两边开 次方并除以 

 

 

化为

 

两边同乘

 

 

最终得

 

 

一般化 编辑

標準的 Lambert W 函數可用來表示以下超越代數方程式的解:

 

其中 a0, cr 為實常數。

其解為 

Lambert W 函數之一般化[1][2][3] 包括:

  • 一項在低維空間內廣義相對論量子力學的應用(量子引力),實際上一種以前未知的 連結 於此二區域中,如 “Journal of Classical and Quantum Gravity”[4] 所示其 (1) 的右邊式現為二維多項式 x:
 
其中 r1r2 是不同實常數,為二維多項式的根。於此函數解有單一引數 xriao 為函數的參數。如此一來,此一般式類似於 “hypergeometric”(超几何分布)函數與 “Meijer G“,但屬於不同類函數。當 r1 = r2,(2)的兩方可分解為 (1) 因此其解簡化為標準 W 函數。(2)式代表著 “dilaton”(軸子)場的方程,可據此推導線性,雙體重力問題 1+1 維(一空間維與一時間維)當兩不等(靜止)質量,以及,量子力學的特徵能Delta位勢阱給不等電位於一維空間。
  • 量子力學的一特例特徵能的分析解三體問題,亦即(三維)氢分子離子[5]於此 (1)(或 (2))的右手邊現為無限級數多項式之比於 x
 
其中 risi 是相異實常數而 x 是特徵能和內核距離R之函數。式 (3) 與其特例表示於 (1) 和 (2) 是與一更大類型延遲微分方程。由于哈代的“虚假导数”概念,多根的特殊情况得以解决[6]

Lambert "W" 函數於基礎物理問題之應用並未完全即使標準情況如 (1) 最近在原子,分子,與光學物理領域可見。[7]

图象 编辑

计算 编辑

W函数可以用以下的递推关系算出:

 

参考来源 编辑

  1. ^ T.C. Scott and R.B. Mann, General Relativity and Quantum Mechanics: Towards a Generalization of the Lambert W Function, AAECC (Applicable Algebra in Engineering, Communication and Computing), vol. 17, no. 1, (April 2006), pp.41-47, [1]; Arxiv [2] (页面存档备份,存于互联网档案馆
  2. ^ T.C. Scott, G. Fee and J. Grotendorst, "Asymptotic series of Generalized Lambert W Function" (页面存档备份,存于互联网档案馆), SIGSAM, vol. 47, no. 3, (September 2013), pp. 75-83
  3. ^ T.C. Scott, G. Fee, J. Grotendorst and W.Z. Zhang, "Numerics of the Generalized Lambert W Function" (页面存档备份,存于互联网档案馆), SIGSAM, vol. 48, no. 2, (June 2014), pp. 42-56
  4. ^ P.S. Farrugia, R.B. Mann, and T.C. Scott, N-body Gravity and the Schrödinger Equation, Class. Quantum Grav. vol. 24, (2007), pp. 4647-4659, [3]; Arxiv [4] (页面存档备份,存于互联网档案馆
  5. ^ T.C. Scott, M. Aubert-Frécon and J. Grotendorst, New Approach for the Electronic Energies of the Hydrogen Molecular Ion, Chem. Phys. vol. 324, (2006), pp. 323-338, [5] (页面存档备份,存于互联网档案馆); Arxiv [6] (页面存档备份,存于互联网档案馆
  6. ^ Aude Maignan, T.C. Scott, "Fleshing out the Generalized Lambert W Function", SIGSAM, vol. 50, no. 2, (June 2016), pp. 45-60
  7. ^ T.C. Scott, A. Lüchow, D. Bressanini and J.D. Morgan III, The Nodal Surfaces of Helium Atom Eigenfunctions, Phys. Rev. A 75, (2007), p. 060101, [7] (页面存档备份,存于互联网档案馆

外部链接 编辑

朗伯w函数, 英語, lambert, function, 又称为欧米加函数或乘积对数, 是f, wew的反函数, 其中ew是指数函数, w是任意复数, 对于任何复数z, 都有, 的图像, displaystyle, 由于函数f不是单射, 因此函数w是多值的, 除了0以外, 如果我们把x限制为实数, 并要求w是实数, 那么函数仅对于x, e有定义, 内是多值的, 如果加上w, 1的限制, 则定义了一个单值函数w0, 见图, 我们有w0, 而在, 内的w, 1分支, 则记为w, 从w, 1递减为w, 不能用初等函数来. 朗伯W函数 英語 Lambert W function 又称为欧米加函数或乘积对数 是f w wew的反函数 其中ew是指数函数 w是任意复数 对于任何复数z 都有 W0 x 的图像 1 e x 4 z W z e W z displaystyle z W z e W z 由于函数f不是单射 因此函数W是多值的 除了0以外 如果我们把x限制为实数 并要求w是实数 那么函数仅对于x 1 e有定义 在 1 e 0 内是多值的 如果加上w 1的限制 则定义了一个单值函数W0 x 见图 我们有W0 0 0 W0 1 e 1 而在 1 e 0 内的w 1分支 则记为W 1 x 从W 1 1 e 1递减为W 1 0 朗伯W函数不能用初等函数来表示 它在组合数学中有许多用途 例如树的计算 它可以用来解许多含有指数的方程 也出现在某些微分方程的解中 例如y t a y t 1 复平面上的朗伯W函数的函數圖形目录 1 微分和积分 2 性质 3 泰勒级数 4 加法定理 5 複數值 6 特殊值 7 应用 7 1 例子 8 一般化 9 图象 10 计算 11 参考来源 12 外部链接微分和积分 编辑朗伯 W displaystyle W nbsp 函数的积分形式为 W x x p 0 p 1 v cot v 2 v 2 x v csc v e v cot v d v arg x lt p displaystyle W x frac x pi int 0 pi frac left 1 v cot v right 2 v 2 x v csc v cdot e v cot v rm d v arg left x right lt pi nbsp W x 1 e 1 p ℑ d d x W x ln 1 z x d x displaystyle W x int infty frac 1 e frac 1 pi Im left frac rm d rm d x W x right ln left 1 frac z x right rm d x nbsp 若 x 1 e 0 k Z displaystyle x not in left frac 1 e 0 right k in mathbb Z nbsp 若 x 1 e 0 k 1 2 3 displaystyle x in left frac 1 e 0 right k 1 pm 2 pm 3 nbsp W k x 1 ln x 1 2 k p i e i 2 p 0 ln t ln t ln x 2 k 1 p i t ln t ln x 2 k 1 p i d t t 1 1 ln x 1 2 k p i e i 2 p 0 ln t ln t ln x 2 4 k 2 1 p 2 2 p t ln t ln x i t ln t ln x 2 2 k 1 2 p 2 d t t 1 displaystyle W k x 1 left ln x 1 2k pi rm i right e frac rm i 2 pi int 0 infty ln frac t ln t ln x 2k 1 pi rm i t ln t ln x 2k 1 pi rm i cdot frac rm d t t 1 1 left ln x 1 2k pi rm i right e frac rm i 2 pi int 0 infty ln frac left t ln t ln x right 2 left 4k 2 1 right pi 2 2 pi left t ln t ln x right rm i left t ln t ln x right 2 left 2k 1 right 2 pi 2 cdot frac rm d t t 1 nbsp 把被积函数的实部和虚部分离出来 W k x 1 ln x 1 2 k p i e i 2 p 0 1 2 ln t ln t ln x 2 2 k 1 2 p 2 t ln t ln x 2 2 k 1 2 p 2 i arctan 2 p t ln t ln x t ln t ln x 2 4 k 2 1 p 2 d t t 1 displaystyle W k x 1 left ln x 1 2k pi rm i right e frac rm i 2 pi int 0 infty left frac 1 2 ln frac left t ln t ln x right 2 left 2k 1 right 2 pi 2 left t ln t ln x right 2 left 2k 1 right 2 pi 2 rm i arctan frac 2 pi left t ln t ln x right left t ln t ln x right 2 left 4k 2 1 right pi 2 right cdot frac rm d t t 1 nbsp W k x 1 ln x 1 cos 1 4 p 0 ln t ln t ln x 2 2 k 1 2 p 2 t ln t ln x 2 2 k 1 2 p 2 d t t 1 2 k p sin 1 4 p 0 ln t ln t ln x 2 2 k 1 2 p 2 t ln t ln x 2 2 k 1 2 p 2 d t t 1 i ln x 1 sin 1 4 p 0 ln t ln t ln x 2 2 k 1 2 p 2 t ln t ln x 2 2 k 1 2 p 2 d t t 1 2 k p cos 1 4 p 0 ln t ln t ln x 2 2 k 1 2 p 2 t ln t ln x 2 2 k 1 2 p 2 d t t 1 e 1 2 p 0 arctan 2 p t ln t ln x t ln t ln x 2 4 k 2 1 p 2 d t t 1 displaystyle W k x 1 frac left ln x 1 right cos frac 1 4 pi int 0 infty ln frac left t ln t ln x right 2 left 2k 1 right 2 pi 2 left t ln t ln x right 2 left 2k 1 right 2 pi 2 cdot frac rm d t t 1 2k pi sin frac 1 4 pi int 0 infty ln frac left t ln t ln x right 2 left 2k 1 right 2 pi 2 left t ln t ln x right 2 left 2k 1 right 2 pi 2 cdot frac rm d t t 1 rm i left left ln x 1 right sin frac 1 4 pi int 0 infty ln frac left t ln t ln x right 2 left 2k 1 right 2 pi 2 left t ln t ln x right 2 left 2k 1 right 2 pi 2 cdot frac rm d t t 1 2k pi cos frac 1 4 pi int 0 infty ln frac left t ln t ln x right 2 left 2k 1 right 2 pi 2 left t ln t ln x right 2 left 2k 1 right 2 pi 2 cdot frac rm d t t 1 right e frac 1 2 pi int 0 infty arctan frac 2 pi left t ln t ln x right left t ln t ln x right 2 left 4k 2 1 right pi 2 cdot frac rm d t t 1 nbsp 设 W k x u v i x t s i displaystyle W k x u v rm i x t s rm i nbsp 则有 u v i e u v i t s i displaystyle left u v rm i right e u v rm i t s rm i nbsp 展开分离出实部和虚部 e u u cos v v sin v t e u u sin v v cos v s displaystyle e u left u cos v v sin v right t e u left u sin v v cos v right s nbsp 当s 0 displaystyle s 0 nbsp 时 易知 u v cot v displaystyle u v cot v nbsp W k x 1 ln x sin 1 4 p 0 ln t ln t ln x 2 2 k 1 2 p 2 t ln t ln x 2 2 k 1 2 p 2 d t t 1 2 k p cos 1 4 p 0 ln t ln t ln x 2 2 k 1 2 p 2 t ln t ln x 2 2 k 1 2 p 2 d t t 1 e 1 2 p 0 arctan 2 p t ln t ln x t ln t ln x 2 4 k 2 1 p 2 d t t 1 cot ln x 1 sin 1 4 p 0 ln t ln t ln x 2 2 k 1 2 p 2 t ln t ln x 2 2 k 1 2 p 2 d t t 1 2 k p cos 1 4 p 0 ln t ln t ln x 2 2 k 1 2 p 2 t ln t ln x 2 2 k 1 2 p 2 d t t 1 e 1 2 p 0 arctan 2 p t ln t ln x t ln t ln x 2 4 k 2 1 p 2 d t t 1 ln x 1 sin 1 4 p 0 ln t ln t ln x 2 2 k 1 2 p 2 t ln t ln x 2 2 k 1 2 p 2 d t t 1 2 k p cos 1 4 p 0 ln t ln t ln x 2 2 k 1 2 p 2 t ln t ln x 2 2 k 1 2 p 2 d t t 1 e 1 2 p 0 arctan 2 p t ln t ln x t ln t ln x 2 4 k 2 1 p 2 d t t 1 i displaystyle W k x frac left 1 ln x right sin frac 1 4 pi int 0 infty ln frac left t ln t ln x right 2 left 2k 1 right 2 pi 2 left t ln t ln x right 2 left 2k 1 right 2 pi 2 cdot frac rm d t t 1 2k pi cos frac 1 4 pi int 0 infty ln frac left t ln t ln x right 2 left 2k 1 right 2 pi 2 left t ln t ln x right 2 left 2k 1 right 2 pi 2 cdot frac rm d t t 1 e frac 1 2 pi int 0 infty arctan frac 2 pi left t ln t ln x right left t ln t ln x right 2 left 4k 2 1 right pi 2 cdot frac rm d t t 1 cot frac left ln x 1 right sin frac 1 4 pi int 0 infty ln frac left t ln t ln x right 2 left 2k 1 right 2 pi 2 left t ln t ln x right 2 left 2k 1 right 2 pi 2 cdot frac rm d t t 1 2k pi cos frac 1 4 pi int 0 infty ln frac left t ln t ln x right 2 left 2k 1 right 2 pi 2 left t ln t ln x right 2 left 2k 1 right 2 pi 2 cdot frac rm d t t 1 e frac 1 2 pi int 0 infty arctan frac 2 pi left t ln t ln x right left t ln t ln x right 2 left 4k 2 1 right pi 2 cdot frac rm d t t 1 frac left ln x 1 right sin frac 1 4 pi int 0 infty ln frac left t ln t ln x right 2 left 2k 1 right 2 pi 2 left t ln t ln x right 2 left 2k 1 right 2 pi 2 cdot frac rm d t t 1 2k pi cos frac 1 4 pi int 0 infty ln frac left t ln t ln x right 2 left 2k 1 right 2 pi 2 left t ln t ln x right 2 left 2k 1 right 2 pi 2 cdot frac rm d t t 1 e frac 1 2 pi int 0 infty arctan frac 2 pi left t ln t ln x right left t ln t ln x right 2 left 4k 2 1 right pi 2 cdot frac rm d t t 1 rm i nbsp W 0 x 1 ln x 1 e 1 p 0 arg t ln t ln x p i d t t 1 x gt 0 displaystyle W 0 x 1 left ln x 1 right e frac 1 pi int 0 infty arg left t ln t ln x pi rm i right cdot frac rm d t t 1 x gt 0 nbsp 若 x gt 1 e displaystyle x gt frac 1 e nbsp 上式还可化为W 0 x 1 ln x 1 e 1 p 0 arctan p t ln t ln x d t t 1 displaystyle W 0 x 1 left ln x 1 right e frac 1 pi int 0 infty arctan frac pi t ln t ln x cdot frac rm d t t 1 nbsp 由隐函数的求导法则 朗伯W displaystyle W nbsp 函数满足以下的微分方程 z 1 W z d d z W z W z displaystyle z left 1 W z right frac rm d rm d z W z W z nbsp z 1 e displaystyle z neq frac 1 e nbsp 因此 d d z W z W z z 1 W z displaystyle frac rm d rm d z W z frac W z z left 1 W z right nbsp z 1 e displaystyle z neq frac 1 e nbsp 函数W x displaystyle W x nbsp 以及许多含有W x displaystyle W x nbsp 的表达式 都可以用w W x displaystyle w W x nbsp 的变量代换来积分 也就是说x w e w displaystyle x we w nbsp W x d x x W x 1 W x 1 C displaystyle int W x rm d x x left W x frac 1 W x 1 right C nbsp 0 1 W x d x W 1 W 2 0 330366 displaystyle int 0 1 W x rm d x Omega frac 1 Omega 2 approx 0 330366 nbsp 其中W displaystyle Omega nbsp 為欧米加常数 性质 编辑1 displaystyle 1 nbsp z z z z z lim n z n W ln z ln z displaystyle z z z z z lim n to infty z upuparrows n frac W ln z ln z nbsp 其中 displaystyle upuparrows nbsp 是高德納箭號表示法 2 displaystyle 2 nbsp 若z gt 0 displaystyle z gt 0 nbsp 则ln W z ln z W z displaystyle ln W z ln z W z nbsp 泰勒级数 编辑W 0 displaystyle W 0 nbsp 在x 0 displaystyle x 0 nbsp 的泰勒级数如下 W 0 x n 1 n n 1 n x n x x 2 3 2 x 3 8 3 x 4 125 24 x 5 displaystyle W 0 x sum n 1 infty frac n n 1 n x n x x 2 frac 3 2 x 3 frac 8 3 x 4 frac 125 24 x 5 cdots nbsp 收敛半径为 1 e displaystyle frac 1 e nbsp 加法定理 编辑W x W y W x y W x x y W y displaystyle W x W y W left frac xy W x frac xy W y right nbsp x gt 0 y gt 0 displaystyle x gt 0 y gt 0 nbsp 複數值 编辑實部 ℜ W x y i k 1 k k 1 k x 2 y 2 k cos k arctan x y displaystyle Re left W x y rm i right sum k 1 infty frac k k 1 k sqrt x 2 y 2 k cos left k arctan frac x y right nbsp x 2 y 2 lt 1 e 2 displaystyle x 2 y 2 lt frac 1 e 2 nbsp 虛部 ℑ W x y i k 1 k k 1 k x 2 y 2 k sin k arctan x y displaystyle Im left W x y rm i right sum k 1 infty frac k k 1 k sqrt x 2 y 2 k sin left k arctan frac x y right nbsp x 2 y 2 lt 1 e 2 displaystyle x 2 y 2 lt frac 1 e 2 nbsp 模長 W x y i W x y displaystyle W x y rm i W sqrt x y nbsp 模角 arg W x y i k 1 k k 1 k arctan cot k arctan x y displaystyle arg left W x y rm i right sum k 1 infty frac k k 1 k arctan left cot k arctan frac x y right nbsp x 2 y 2 lt 1 e 2 displaystyle x 2 y 2 lt frac 1 e 2 nbsp 共軛值 W x y i k 1 k k 1 k x 2 y 2 k cos k arctan x y i sin k arctan x y displaystyle overline W x y rm i sum k 1 infty frac k k 1 k sqrt x 2 y 2 k left cos left k arctan frac x y right rm i sin left k arctan frac x y right right nbsp x 2 y 2 lt 1 e 2 displaystyle x 2 y 2 lt frac 1 e 2 nbsp 特殊值 编辑W p 2 p 2 i displaystyle W left frac pi 2 right frac pi 2 i nbsp W ln 2 2 ln 2 displaystyle W left frac ln 2 2 right ln 2 nbsp W 1 e 1 displaystyle W left 1 over e right 1 nbsp W 1 W 1 d x e x x 2 p 2 1 0 56714329 displaystyle W left 1 right Omega frac 1 int infty infty frac rm d x e x x 2 pi 2 1 approx 0 56714329 dots nbsp 欧米加常数 W e 1 displaystyle W e 1 nbsp W e e 1 e displaystyle W e e 1 e nbsp W 1 e 1 1 e 1 e displaystyle W left frac 1 e 1 frac 1 e right frac 1 e nbsp W 1 e 1 displaystyle W frac 1 e 1 nbsp W p e p p displaystyle W pi e pi pi nbsp W k ln k ln k displaystyle W k ln k ln k nbsp k gt 0 displaystyle k gt 0 nbsp W i p i p displaystyle W rm i pi rm i pi nbsp W i p i p displaystyle W rm i pi rm i pi nbsp W i cos 1 sin 1 i displaystyle W rm i cos 1 sin 1 rm i nbsp W 3 2 p 3 2 p i displaystyle W frac 3 2 pi frac 3 2 pi rm i nbsp W 8 7 7 ln 2 32 7 ln 2 displaystyle W frac sqrt 7 8 7 ln 2 frac 32 7 ln 2 nbsp W 3 54 ln 3 9 2 ln 3 displaystyle W frac sqrt 3 54 ln 3 frac 9 2 ln 3 nbsp W ln 2 4 4 ln 2 displaystyle W frac ln 2 4 4 ln 2 nbsp W 1 e 1 2 p 0 1 t 1 arctan 2 p t ln t d t cos 1 4 p 0 1 t 1 ln t ln t 2 4 p 2 t ln t 2 d t p sin 1 4 p 0 1 t 1 ln t ln t 2 4 p 2 t ln t 2 d t i p cos 1 4 p 0 1 t 1 ln t ln t 2 4 p 2 t ln t 2 d t sin 1 4 p 0 1 t 1 ln t ln t 2 4 p 2 t ln t 2 d t e 1 2 p 0 1 t 1 arctan 2 p t ln t d t 0 31813 1 33723 i displaystyle W left 1 right frac e frac 1 2 pi int 0 infty 1 over t 1 arctan 2 pi over t ln t rm d t cos left frac 1 4 pi int 0 infty 1 over t 1 ln left t ln t right 2 over 4 pi 2 left t ln t right 2 rm d t right pi sin left frac 1 4 pi int 0 infty 1 over t 1 ln left t ln t right 2 over 4 pi 2 left t ln t right 2 rm d t right rm i left pi cos left frac 1 4 pi int 0 infty 1 over t 1 ln left t ln t right 2 over 4 pi 2 left t ln t right 2 rm d t right sin left frac 1 4 pi int 0 infty 1 over t 1 ln left t ln t right 2 over 4 pi 2 left t ln t right 2 rm d t right right e frac 1 2 pi int 0 infty 1 over t 1 arctan 2 pi over t ln t rm d t approx 0 31813 1 33723 rm i nbsp W ln k k ln k displaystyle W frac ln k k ln k nbsp W ln x 1 x x 1 1 x x 1 x ln x 1 gt 1 lt x lt 0 displaystyle W left frac ln x 1 x x 1 frac 1 x right frac x 1 x ln x 1 gt 1 lt x lt 0 nbsp 应用 编辑许多含有指数的方程都可以用W displaystyle W nbsp 函数来解出 一般的方法是把未知数都移到方程的一侧 并设法化为Y X e X displaystyle Y Xe X nbsp 的形式 例子 编辑 例子12 t 5 t displaystyle 2 t 5t nbsp 1 5 t 2 t displaystyle Rightarrow 1 frac 5t 2 t nbsp 1 5 t e t ln 2 displaystyle Rightarrow 1 5t e t ln 2 nbsp 1 5 t e t ln 2 displaystyle Rightarrow frac 1 5 t e t ln 2 nbsp ln 2 5 t ln 2 e t ln 2 displaystyle Rightarrow frac ln 2 5 t ln 2 e t ln 2 nbsp t ln 2 W k ln 2 5 displaystyle Rightarrow t ln 2 W k left frac ln 2 5 right nbsp t W k ln 2 5 ln 2 displaystyle Rightarrow t frac W k left frac ln 2 5 right ln 2 nbsp 更一般地 以下的方程 Q a x b c x d displaystyle Q ax b cx d nbsp 其中 Q gt 0 Q 1 c 0 displaystyle Q gt 0 land Q neq 1 land c neq 0 nbsp 两边同乘 a c displaystyle frac a c nbsp 得到 a c Q a x b a x a d c displaystyle frac a c Q ax b ax frac ad c nbsp 同除以 Q a x displaystyle Q ax nbsp 得到 a c Q b a x a d c Q a x displaystyle frac a c Q b left ax frac ad c right Q ax nbsp 同除 Q a d c displaystyle Q frac ad c nbsp a c Q b a d c a x a d c Q a x a d c displaystyle frac a c Q b frac ad c left ax frac ad c right Q left ax frac ad c right nbsp 可以用变量代换令t a x a d c displaystyle t ax frac ad c nbsp 化为 t Q t a c Q b a d c displaystyle tQ t frac a c Q b frac ad c nbsp 即 t e ln Q t a c Q b a d c displaystyle t left e ln Q right t frac a c Q b frac ad c nbsp 同乘 ln Q displaystyle ln Q nbsp 得出 t ln Q e t ln Q ln Q a c Q b a d c displaystyle t ln Q cdot e t ln Q ln Q cdot frac a c Q b frac ad c nbsp 故t ln Q W k a ln Q c Q b a d c displaystyle t ln Q W k left frac a ln Q c Q b frac ad c right nbsp 带入t a x a d c displaystyle t ax frac ad c nbsp 为 a x a d c ln Q W k a ln Q c Q b a d c displaystyle left ax frac ad c right ln Q W k left frac a ln Q c Q b frac ad c right nbsp 因此最终的解为 x W k a ln Q c Q b a d c a ln Q d c displaystyle x frac W k left frac a ln Q c Q b frac ad c right a ln Q frac d c nbsp 若辅助方程 x e x a ln Q c Q b a d c displaystyle xe x frac a ln Q c Q b frac ad c nbsp 中 a ln Q c Q b a d c 1 e displaystyle frac a ln Q c Q b frac ad c in left infty frac 1 e right nbsp 辅助方程无实数解 原方程亦无实解 若 a ln Q c Q b a d c 1 e 0 displaystyle frac a ln Q c Q b frac ad c in left frac 1 e right cup mathbf 0 infty nbsp 辅助方程有一实数解 原方程有一实解 x W k a ln Q c Q b a d c a ln Q d c displaystyle x frac W k left frac a ln Q c Q b frac ad c right a ln Q frac d c nbsp 若 a ln Q c Q b a d c 1 e 0 displaystyle frac a ln Q c Q b frac ad c in left frac 1 e 0 right nbsp 辅助方程有二实解 设为W a ln Q c Q b a d c displaystyle W left frac a ln Q c Q b frac ad c right nbsp W 1 a ln Q c Q b a d c displaystyle rm W 1 left frac a ln Q c Q b frac ad c right nbsp 为x 1 W a ln Q c Q b a d c a ln Q d c displaystyle x 1 frac W left frac a ln Q c Q b frac ad c right a ln Q frac d c nbsp x 2 W 1 a ln Q c Q b a d c a ln Q d c displaystyle x 2 frac rm W 1 left frac a ln Q c Q b frac ad c right a ln Q frac d c nbsp 例子2用类似的方法 可知以下方程的解 x x t displaystyle x x mathrm t nbsp 为 x ln t W ln t displaystyle x frac ln rm t W ln rm t nbsp 或 x exp W k ln t displaystyle x exp left W k left ln rm t right right nbsp 例子3以下方程的解 x log b x a displaystyle x log b x a nbsp 具有形式 x a ln b W k a ln b displaystyle x frac a ln b W k left a ln b right nbsp 例子4 x a b x 0 displaystyle x a b x 0 nbsp a gt 0 displaystyle a gt 0 nbsp b gt 0 displaystyle b gt 0 nbsp x gt 0 displaystyle x gt 0 nbsp 取对数 a ln x x ln b displaystyle a ln x x ln b nbsp ln x x ln b a displaystyle frac ln x x frac ln b a nbsp e ln x x e ln b a displaystyle e frac ln x x e frac ln b a nbsp x 1 x b 1 a displaystyle x frac 1 x b frac 1 a nbsp 取倒数 1 x 1 x b 1 a displaystyle left frac 1 x right frac 1 x b frac 1 a nbsp 1 x ln b a W 1 a ln b displaystyle frac 1 x frac ln b aW left frac 1 a ln b right nbsp 最终解为 x a ln b W k ln b a displaystyle x frac a ln b W k left frac ln b a right nbsp 例子5 a x b n u c x d displaystyle ax b n u cx d nbsp 两边开n displaystyle n nbsp 次方并除以a displaystyle a nbsp 得x b a u c n x d n a cos 2 k p n i sin 2 k p n displaystyle x frac b a frac u frac c n x frac d n a left cos frac 2k pi n rm i sin frac 2k pi n right nbsp 令u e ln u displaystyle u e ln u nbsp 化为x b a e c ln u n x d ln u n a cos 2 k p n i sin 2 k p n displaystyle x frac b a frac e frac c ln u n x frac d ln u n a left cos frac 2k pi n rm i sin frac 2k pi n right nbsp 两边同乘 c ln u n u c n x c b n a displaystyle frac c ln u n u frac c n x frac cb na nbsp c ln u n x c b ln u n a e c ln u n x c b ln u n a c ln u n a u d n c b n a cos 2 k p n i sin 2 k p n displaystyle left frac c ln u n x frac cb ln u na right e frac c ln u n x frac cb ln u na frac c ln u na u frac d n frac cb na left cos frac 2k pi n rm i sin frac 2k pi n right nbsp 最终得x k n c ln u W k c ln u n a u d n c b n a cos 2 k p n i sin 2 k p n b a displaystyle x k frac n c ln u W k left frac c ln u na u frac d n frac cb na left cos frac 2k pi n rm i sin frac 2k pi n right right frac b a nbsp k Z displaystyle k in mathbb Z nbsp 一般化 编辑標準的 Lambert W 函數可用來表示以下超越代數方程式的解 e c x a o x r 1 displaystyle e cx a o x r quad qquad qquad qquad qquad 1 nbsp 其中 a0 c 與 r 為實常數 其解為x r W c e c r a o c textstyle x r tfrac W left frac ce cr a o right c nbsp Lambert W 函數之一般化 1 2 3 包括 一項在低維空間內廣義相對論與量子力學的應用 量子引力 實際上一種以前未知的 連結 於此二區域中 如 Journal of Classical and Quantum Gravity 4 所示其 1 的右邊式現為二維多項式 x e c x a o x r 1 x r 2 2 displaystyle e cx a o x r 1 x r 2 qquad qquad 2 nbsp 其中 r1 和 r2 是不同實常數 為二維多項式的根 於此函數解有單一引數 x 但 ri 和 ao 為函數的參數 如此一來 此一般式類似於 hypergeometric 超几何分布 函數與 Meijer G 但屬於不同類函數 當 r1 r2 2 的兩方可分解為 1 因此其解簡化為標準 W 函數 2 式代表著 dilaton 軸子 場的方程 可據此推導線性 雙體重力問題 1 1 維 一空間維與一時間維 當兩不等 靜止 質量 以及 量子力學的特徵能Delta位勢阱給不等電位於一維空間 量子力學的一特例特徵能的分析解三體問題 亦即 三維 氢分子離子 5 於此 1 或 2 的右手邊現為無限級數多項式之比於 x e c x a o i 1 x r i i 1 x s i 3 displaystyle e cx a o frac prod i 1 infty x r i prod i 1 infty x s i qquad qquad qquad 3 nbsp 其中 ri 與 si 是相異實常數而 x 是特徵能和內核距離R之函數 式 3 與其特例表示於 1 和 2 是與一更大類型延遲微分方程 由于哈代的 虚假导数 概念 多根的特殊情况得以解决 6 Lambert W 函數於基礎物理問題之應用並未完全即使標準情況如 1 最近在原子 分子 與光學物理領域可見 7 图象 编辑朗伯W函数在复平面上的图像 nbsp z Re W0 x i y nbsp z Im W0 x i y nbsp nbsp 计算 编辑W函数可以用以下的递推关系算出 w j 1 w j w j e w j z e w j w j 1 w j 2 w j e w j z 2 w j 2 displaystyle w j 1 w j frac w j e w j z e w j w j 1 frac w j 2 w j e w j z 2w j 2 nbsp 参考来源 编辑 T C Scott and R B Mann General Relativity and Quantum Mechanics Towards a Generalization of the Lambert W Function AAECC Applicable Algebra in Engineering Communication and Computing vol 17 no 1 April 2006 pp 41 47 1 Arxiv 2 页面存档备份 存于互联网档案馆 T C Scott G Fee and J Grotendorst Asymptotic series of Generalized Lambert W Function 页面存档备份 存于互联网档案馆 SIGSAM vol 47 no 3 September 2013 pp 75 83 T C Scott G Fee J Grotendorst and W Z Zhang Numerics of the Generalized Lambert W Function 页面存档备份 存于互联网档案馆 SIGSAM vol 48 no 2 June 2014 pp 42 56 P S Farrugia R B Mann and T C Scott N body Gravity and the Schrodinger Equation Class Quantum Grav vol 24 2007 pp 4647 4659 3 Arxiv 4 页面存档备份 存于互联网档案馆 T C Scott M Aubert Frecon and J Grotendorst New Approach for the Electronic Energies of the Hydrogen Molecular Ion Chem Phys vol 324 2006 pp 323 338 5 页面存档备份 存于互联网档案馆 Arxiv 6 页面存档备份 存于互联网档案馆 Aude Maignan T C Scott Fleshing out the Generalized Lambert W Function SIGSAM vol 50 no 2 June 2016 pp 45 60 T C Scott A Luchow D Bressanini and J D Morgan III The Nodal Surfaces of Helium Atom Eigenfunctions Phys Rev A 75 2007 p 060101 7 页面存档备份 存于互联网档案馆 外部链接 编辑MathWorld 页面存档备份 存于互联网档案馆 取自 https zh wikipedia org w index php title 朗伯W函数 amp oldid 72323044, 维基百科,wiki,书籍,书籍,图书馆,

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