1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

الرياضيات : التفاضل و التكامل :

Parabolic Cylinder Function

المؤلف:  Abramowitz, M. and Stegun, I. A.

المصدر:  "Parabolic Cylinder Function." Ch. 19 in Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover

الجزء والصفحة:  ...

7-8-2019

2187

Parabolic Cylinder Function

The parabolic cylinder functions are a class of functions sometimes called Weber functions. There are a number of slightly different definitions in use by various authors.

Whittaker and Watson (1990, p. 347) define the parabolic cylinder functions D_nu(z) as solutions to the Weber differential equation

(1)

The two independent solutions are given by y=D_nu(z) and y=D_(-nu-1)(iz), where

D_nu(z) =

(2)

=

(3)

which, in the right half-plane R[z]>0, is equivalent to

 D_nu(z)=2^(nu/2)e^(-z^2/4)U(-1/2nu,1/2,1/2z^2),

(4)

where W_(k,m)(z) is the Whittaker function (Whittaker and Watson 1990, p. 347; Gradshteyn and Ryzhik 2000, p. 1018) and U(a,b,z) is a confluent hypergeometric function of the first kind.

This function is implemented in the Wolfram Language as ParabolicCylinderD[nuz].

ParabolicCylinderD

For nu a nonnegative integer n, the solution D_n reduces to

D_n(x) = 2^(-n/2)e^(-x^2/4)H_n(x/(sqrt(2)))

(5)

= e^(-x^2/4)He_n(x),

(6)

where H_n(x) is a Hermite polynomial and He_n is a modified Hermite polynomial. Special cases include

D_(-1)(z) = e^(z^2/4)sqrt(pi/2)erfc(z/(sqrt(2)))

(7)

D_(-1/2)(z) = sqrt(z/(2pi))K_(1/4)(1/4z^2)

(8)

for R[z]>0, where K_nu(z) is an modified Bessel function of the second kind.

ParabolicCylinderDReImParabolicCylinderDContours

Plots of the function D_1(z) in the complex plane are shown above.

The parabolic cylinder functions D_nu satisfy the recurrence relations

 D_(nu+1)(z)-zD_nu(z)+nuD_(nu-1)(z)=0

(9)

(10)

The parabolic cylinder function for integral n can be defined in terms of an integral by

 D_n(z)=1/piint_0^pisin(ntheta-zsintheta)dtheta

(11)

(Watson 1966, p. 308), which is similar to the Anger function. The result

 int_(-infty)^inftyD_m(x)D_n(x)dx=delta_(mn)n!sqrt(2pi),

(12)

where delta_(ij) is the Kronecker delta, can also be used to determine the coefficients in the expansion

 f(z)=sum_(n=0)^inftya_nD_n

(13)

as

 a_n=1/(n!sqrt(2pi))int_(-infty)^inftyD_n(t)f(t)dt.

(14)

For nu real,

 int_0^infty[D_nu(t)]^2dt=pi^(1/2)2^(-3/2)(phi_0(1/2-1/2nu)-phi_0(-1/2nu))/(Gamma(-nu))

(15)

(Gradshteyn and Ryzhik 2000, p. 885, 7.711.3), where Gamma(z) is the gamma function and phi_0(z) is the polygamma function of order 0.

Abramowitz and Stegun (1972, p. 686) define the parabolic cylinder functions as solutions to

(16)

sometimes called the parabolic cylinder differential equation (Zwillinger 1995, p. 414; Zwillinger 1997, p. 126). This can be rewritten by completing the square,

(17)

Now letting

u = x+b/(2a)

(18)

du = dx

(19)

gives

 (d^2y)/(du^2)+(au^2+d)y=0

(20)

where

 d=(b^2)/(4a)+c.

(21)

Equation (◇) has the two standard forms

= 0

(22)

= 0.

(23)

For a general a, the even and odd solutions to (◇) are

y_1(x) = e^(-x^2/4)_1F_1(1/2a+1/4;1/2;1/2x^2)

(24)

y_2(x) = xe^(-x^2/4)_1F_1(1/2a+3/4;3/2;1/2x^2),

(25)

where _1F_1(a;b;z) is a confluent hypergeometric function of the first kind. If y(a,x) is a solution to (22), then (23) has solutions

(26)

Abramowitz and Stegun (1972, p. 687) define standard solutions to (◇) as

U(a,x) = cos[pi(1/4+1/2a)]Y_1-sin[pi(1/4+1/2a)]Y_2

(27)

V(a,x) = (sin[pi(1/4+1/2a)]Y_1+cos[pi(1/4+1/2a)]Y_2)/(Gamma(1/2-a)),

(28)

Y_1 = 1/(sqrt(pi))(Gamma(1/4-1/2a))/(2^(a/2+1/4))y_1

(29)

= 1/(sqrt(pi))(Gamma(1/4-1/2a))/(2^(a/2+1/4))e^(-x^2/4)_1F_1(1/2a+1/4;1/2;1/2x^2)

(30)

Y_2 = 1/(sqrt(pi))(Gamma(3/4-1/2a))/(2^(a/2-1/4))y_2

(31)

= 1/(sqrt(pi))(Gamma(3/4-1/2a))/(2^(a/2-1/4))xe^(-x^2/4)_1F_1(1/2a+3/4;3/2;1/2x^2).

(32)

In terms of Whittaker and Watson's functions,

U(a,x) = D_(-a-1/2)(x)

(33)

V(a,x) = (Gamma(1/2+a)[sin(pia)D_(-a-1/2)(x)+D_(-a-1/2)(-x)])/pi.

(34)


REFERENCES:

Abramowitz, M. and Stegun, I. A. (Eds.). "Parabolic Cylinder Function." Ch. 19 in Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover, pp. 685-700, 1972.

Gradshteyn, I. S. and Ryzhik, I. M. "Parabolic Cylinder Functions" and "Parabolic Cylinder Functions D_p(z)" §7.7 and 9.24-9.25 in Tables of Integrals, Series, and Products, 6th ed. San Diego, CA: Academic Press, pp. 835-842, 1018-1021, 2000.

Iyanaga, S. and Kawada, Y. (Eds.). "Parabolic Cylinder Functions (Weber Functions)." Appendix A, Table 20.III in Encyclopedic Dictionary of Mathematics. Cambridge, MA: MIT Press, p. 1479, 1980.

Jeffreys, H. and Jeffreys, B. S. "The Parabolic Cylinder, Hermite, and Hh Functions" et seq. §23.08-23.081 in Methods of Mathematical Physics, 3rd ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 620-627, 1988.

Spanier, J. and Oldham, K. B. "The Parabolic Cylinder Function D_nu(x)." Ch. 46 in An Atlas of Functions. Washington, DC: Hemisphere, pp. 445-457, 1987.

Watson, G. N. A Treatise on the Theory of Bessel Functions, 2nd ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, 1966.

Whittaker, E. T. and Watson, G. N. "The Parabolic Cylinder Function." §16.5 in A Course in Modern Analysis, 4th ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 347-348, 1990.

Zwillinger, D. (Ed.). CRC Standard Mathematical Tables and Formulae. Boca Raton, FL: CRC Press, p. 414, 1995.

Zwillinger, D. Handbook of Differential Equations, 3rd ed. Boston, MA: Academic Press, p. 126, 1997.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي