المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9764 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر

الأفعال التي تنصب مفعولين
23-12-2014
صيغ المبالغة
18-02-2015
الجملة الإنشائية وأقسامها
26-03-2015
اولاد الامام الحسين (عليه السلام)
3-04-2015
معاني صيغ الزيادة
17-02-2015
انواع التمور في العراق
27-5-2016

Airy Functions  
  
1689   01:54 مساءً   date: 24-3-2019
Author : Abramowitz, M. and Stegun, I. A.
Book or Source : "Airy Functions." §10.4 in Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover
Page and Part : ...


Read More
Date: 23-5-2019 1583
Date: 2-9-2019 929
Date: 10-10-2019 1294

Airy Functions

 

There are four varieties of Airy functions: Ai(z)Bi(z)Gi(z), and Hi(z). Of these, Ai(z) and Bi(z) are by far the most common, with Gi(z) and Hi(z) being encountered much less frequently. Airy functions commonly appear in physics, especially in optics, quantum mechanics, electromagnetics, and radiative transfer.

 

Ai(z) and Bi(z) are entire functions.

A generalization of the Airy function was constructed by Hardy.

AiryAiBi

The Airy function Ai(x) and Bi(x) functions are plotted above along the real axis.

The Ai(z) and Bi(z) functions are defined as the two linearly independent solutions to

(1)

(Abramowitz and Stegun 1972, pp. 446-447; illustrated above), written in the form

 y(z)=AAi(z)+BBi(z),

(2)

where

Ai(z) = 1/(3^(2/3)Gamma(2/3))_0F_1(;2/3;1/9z^3)-z/(3^(1/3)Gamma(1/3))_0F_1(;4/3;1/9z^3)

(3)

Bi(z) = 1/(3^(1/6)Gamma(2/3))_0F_1(;2/3;1/9z^3)+(3^(1/6)z)/(Gamma(1/3))_0F_1(;4/3;1/9z^3),

(4)

where _0F_1(;a;z) is a confluent hypergeometric limit function. These functions are implemented in the Wolfram Language as AiryAi[z] and AiryBi[z]. Their derivatives are implemented as AiryAiPrime[z] and AiryBiPrime[z].

For the special case x>0, the functions can be written as

Ai(x) = 1/3sqrt(x)[I_(-1/3)(2/3x^(3/2))-I_(1/3)(2/3x^(3/2))]

(5)

= 1/pisqrt(x/3)K_(1/3)(2/3x^(3/2))

(6)

Bi(x) = sqrt(x/3)[I_(-1/3)(2/3x^(3/2))+I_(1/3)(2/3x^(3/2))],

(7)

where I(x) is a modified Bessel function of the first kind and K(x) is a modified Bessel function of the second kind.

AiryAiReImAbs
 
 
  Min   Max    
  Re    
  Im      

Plots of Ai(z) in the complex plane are illustrated above.

AiryBiReImAbs
 
 
  Min   Max    
  Re    
  Im      

Similarly, plots of Bi(z) appear above.

The Airy Ai(z) function is given by the integral

 Ai(z)=1/(2pi)int_(-infty)^inftye^(i(zt+t^3/3))dt

(8)

and the series

Ai(z) = 1/(3^(2/3)pi)sum_(n=0)^(infty)(Gamma(1/3(n+1)))/(n!)(3^(1/3)z)^nsin[(2(n+1)pi)/3]

(9)

Bi(z) = 1/(3^(1/6)pi)sum_(n=0)^(infty)(Gamma(1/3(n+1)))/(n!)(3^(1/3)z)^n|sin[(2(n+1)pi)/3]|

(10)

(Banderier et al. 2000).

For z=0,

Ai(0) = 1/(3^(2/3)Gamma(2/3))

(11)

Bi(0) = 1/(3^(1/6)Gamma(2/3)),

(12)

where Gamma(z) is the gamma function. Similarly,

= -1/(3^(1/3)Gamma(1/3))

(13)

= (3^(1/6))/(Gamma(1/3)).

(14)

The asymptotic series of Ai(z) has a different form in different quadrants of the complex plane, a fact known as the stokes phenomenon.

AiryGiReImAiryGiContoursAiryHiReImAiryHiContours

Functions related to the Airy functions have been defined as

Gi(z) = 1/piint_0^inftysin(1/3t^3+zt)dt

(15)

= 1/3Bi(z)+int_0^z[Ai(z)Bi(t)-Ai(t)Bi(z)]dt

(16)

= 1/3Bi(z)-(z^2_1F_2(1;4/3,5/3;1/9z^3))/(2pi)

(17)

Hi(z) = 1/piint_0^inftyexp(-1/3t^3+zt)dt

(18)

= 2/3Bi(z)+int_0^z[Ai(t)Bi(z)-Ai(z)Bi(t)]dt

(19)

= 2/3Bi(z)+(_1F_2(1;4/3,5/3;1/9z^3)z^2)/(2pi),

(20)

where _pF_q is a generalized hypergeometric function.

Watson (1966, pp. 188-190) gives a slightly more general definition of the Airy function as the solution to the Airy differential equation

(21)

which is finite at the origin, where  denotes the derivative dPhi/dzk^2=1/3, and either sign is permitted. Call these solutions (1/pi)Phi(+/-k^2,z), then

 1/piPhi(+/-1/3;z)=int_0^inftycos(t^3+/-zt)dt

(22)

Phi(1/3;z) = 1/3pisqrt(z/3)[J_(-1/3)((2z^(3/2))/(3^(3/2)))+J_(1/3)((2z^(3/2))/(3^(3/2)))]

(23)

Phi(-1/3;z) = 1/3pisqrt(z/3)[I_(-1/3)((2z^(3/2))/(3^(3/2)))-I_(1/3)((2z^(3/2))/(3^(3/2)))],

(24)

where J(z) is a Bessel function of the first kind. Using the identity

 K_n(z)=pi/2(I_(-n)(z)-I_n(z))/(sin(npi)),

(25)

where K(z) is a modified Bessel function of the second kind, the second case can be re-expressed

Phi(-1/3;z) = 1/3pisqrt(z/3)2/pisin(1/3pi)K_(1/3)((2z^(3/2))/(3^(3/2)))

(26)

= pi/3sqrt(z/3)2/pi(sqrt(3))/2K_(1/3)((2z^(3/2))/(3^(3/2)))

(27)

= 1/3sqrt(z)K_(1/3)((2z^(3/2))/(3^(3/2))).

(28)


REFERENCES:

Abramowitz, M. and Stegun, I. A. (Eds.). "Airy Functions." §10.4 in Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover, pp. 446-452, 1972.

Banderier, C.; Flajolet, P.; Schaeffer, G.; and Soria, M. "Planar Maps and Airy Phenomena." In Automata, Languages and Programming. Proceedings of the 27th International Colloquium (ICALP 2000) held at the University of Geneva, Geneva, July 9-15, 2000 (Ed. U. Montanari, J. D. P. Rolim, and E. Welzl). Berlin: Springer, pp. 388-402, 2000.

Press, W. H.; Flannery, B. P.; Teukolsky, S. A.; and Vetterling, W. T. "Bessel Functions of Fractional Order, Airy Functions, Spherical Bessel Functions." §6.7 in Numerical Recipes in FORTRAN: The Art of Scientific Computing, 2nd ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 234-245, 1992.

Sloane, N. J. A. Sequences A096714 and A096715 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

Spanier, J. and Oldham, K. B. "The Airy Functions Ai(x) and Bi(x)." Ch. 56 in An Atlas of Functions. Washington, DC: Hemisphere, pp. 555-562, 1987.

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




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.