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

Beta Function  
  
2922   04:41 مساءً   date: 21-5-2019
Author : Abramowitz, M. and Stegun, I. A.
Book or Source : Beta Function" and "Incomplete Beta Function." §6.2 and 6.6 in Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables,...
Page and Part : ...


Read More
Date: 8-9-2019 1233
Date: 12-8-2018 1465
Date: 28-7-2019 2460

Beta Function

BetaFunction

The beta function B(p,q) is the name used by Legendre and Whittaker and Watson (1990) for the beta integral (also called the Eulerian integral of the first kind). It is defined by

 B(p,q)=(Gamma(p)Gamma(q))/(Gamma(p+q))=((p-1)!(q-1)!)/((p+q-1)!).

(1)

The beta function B(a,b) is implemented in the Wolfram Language as Beta[ab].

To derive the integral representation of the beta function, write the product of two factorials as

 m!n!=int_0^inftye^(-u)u^mduint_0^inftye^(-v)v^ndv.

(2)

Now, let u=x^2v=y^2, so

m!n! = 4int_0^inftye^(-x^2)x^(2m+1)dxint_0^inftye^(-y^2)y^(2n+1)dy

(3)

= int_(-infty)^inftyint_(-infty)^inftye^(-(x^2+y^2))|x|^(2m+1)|y|^(2n+1)dxdy.

(4)

Transforming to polar coordinates with x=rcosthetay=rsintheta

m!n! = int_0^(2pi)int_0^inftye^(-r^2)|rcostheta|^(2m+1)|rsintheta|^(2n+1)rdrdtheta

(5)

= int_0^inftye^(-r^2)r^(2m+2n+3)drint_0^(2pi)|cos^(2m+1)thetasin^(2n+1)theta|dtheta

(6)

= 4int_0^inftye^(-r^2)r^(2m+2n+3)drint_0^(pi/2)cos^(2m+1)thetasin^(2n+1)thetadtheta

(7)

= 2(m+n+1)!int_0^(pi/2)cos^(2m+1)thetasin^(2n+1)thetadtheta.

(8)

The beta function is then defined by

B(m+1,n+1) = 2int_0^(pi/2)cos^(2m+1)thetasin^(2n+1)thetadtheta

(9)

= (m!n!)/((m+n+1)!).

(10)

Rewriting the arguments then gives the usual form for the beta function,

B(p,q) = (Gamma(p)Gamma(q))/(Gamma(p+q))

(11)

= ((p-1)!(q-1)!)/((p+q-1)!).

(12)

By symmetry,

 B(p,q)=B(q,p).

(13)

The general trigonometric form is

 int_0^(pi/2)sin^nxcos^mxdx=1/2B(1/2(n+1),1/2(m+1)).

(14)

Equation (14) can be transformed to an integral over polynomials by letting u=cos^2theta,

B(m+1,n+1) = (m!n!)/((m+n+1)!)

(15)

= int_0^1u^m(1-u)^ndu

(16)

B(m,n) = (Gamma(m)Gamma(n))/(Gamma(m+n))

(17)

= int_0^1u^(m-1)(1-u)^(n-1)du.

(18)

For any z_1,z_2 with R[z_1],R[z_2]>0,

 B(z_1,z_2)=B(z_2,z_1)

(19)

(Krantz 1999, p. 158).

To put it in a form which can be used to derive the Legendre duplication formula, let x=sqrt(u), so u=x^2 and du=2xdx, and

B(m,n) = int_0^1x^(2(m-1))(1-x^2)^(n-1)(2xdx)

(20)

= 2int_0^1x^(2m-1)(1-x^2)^(n-1)dx.

(21)

To put it in a form which can be used to develop integral representations of the Bessel functions and hypergeometric function, let u=x^2/(1-x^2), so

 B(m+1,n+1)=int_0^infty(u^mdu)/((1+u)^(m+n+2)).

(22)

Derivatives of the beta function are given by

d/(da)B(a,b) = B(a,b)[psi_0(a)-psi_0(a+b)]

(23)

d/(db)B(a,b) = B(a,b)[psi_0(b)-psi_0(a+b)]

(24)

(d^2)/(db^2)B(a,b) = B(a,b){[psi_0(b)-psi_0(a+b)]^2+psi_1(b)-psi_1(a+b)},

(25)

(d^2)/(dadb)B(a,b) = B(a,b){[psi_0(a)-psi_0(a+b)]×[psi_0(b)-psi_0(a+b)]-psi_1(a+b)},

(26)

where psi_n(x) is the polygamma function.

Various identities can be derived using the Gauss multiplication formula

B(np,nq) = (Gamma(np)Gamma(nq))/(Gamma(n(p+q)))

(27)

= n^(-nq)(B(p,q)B(p+1/n,q)...B(p+(n-1)/n,q))/(B(q,q)B(2q,q)...B((n-1)q,q)).

(28)

Additional identities include

B(p,q+1) = (Gamma(p)Gamma(q+1))/(Gamma(p+q+1))

(29)

= q/p(Gamma(p+1)Gamma(q))/(Gamma((p+1)+q))

(30)

= q/pB(p+1,q)

(31)

 B(p,q)=B(p+1,q)+B(p,q+1)

(32)

 B(p,q+1)=q/(p+q)B(p,q).

(33)

If n is a positive integer, then

 B(p,n+1)=(1·2...n)/(p(p+1)...(p+n))

(34)

 B(p,p)B(p+1/2,p+1/2)=pi/(2^(4p-1)p)

(35)

 B(p+q)B(p+q,r)=B(q,r)B(q+r,p).

(36)

The beta function is also given by the product

 B(x,y)=(x+y)/(xy)product_(k=1)^infty(1+(x+y)/k)/((1+x/k)(1+y/k))

(37)

(Andrews et al. 1999, p. 8).

Gosper gave the general formulas

 product_(i=0)^(2n)B(i/(2n+1)+a,i/(2n+1)+b) 
=((2n+1)^((2n+1)/2)pi^nB(n,1/2[(b+a)(2n+1)+1])B(a(2n+1),b(2n+1)))/((n-1)!)

(38)

for odd n, and

 product_(i=0)^(2n-1)B(i/(2n)+a,i/(2n)+b) 
=(n^npi^nB(n,2(a+b)n)B(2an,2bn))/(2^(2(a+b)n-n-1)(n-1)!B((a+b)n,(a+b+1)n)),

(39)

which are an immediate consequence of the analogous identities for gamma functions. Plugging n=1 and n=2 into the above give the special cases

 B(a,b)B(a+1/3,b+1/3)B(a+2/3,b+2/3)=(6pisqrt(3)B(3a,3b))/(1+3(a+b))

(40)

 B(a,b)B(a+1/4,b+1/4)B(a+1/2,b+1/2)B(a+3/4,b+3/4) 
=(2^(3-4(a+b))pi^2B(4a,4b))/((a+b)[1+4(a+b)]B(2(a+b),2(a+b+1))).

(41)

 


REFERENCES:

Abramowitz, M. and Stegun, I. A. (Eds.). "Beta Function" and "Incomplete Beta Function." §6.2 and 6.6 in Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover, pp. 258 and 263, 1972.

Andrews, G. E.; Askey, R.; and Roy, R. Special Functions. Cambridge, England: Cambridge University Press, 1999.

Bailey, D. H.; Borwein, P. B.; and Plouffe, S. "On the Rapid Computation of Various Polylogarithmic Constants." Math. Comput. 66, 903-913, 1997.

Arfken, G. "The Beta Function." §10.4 in Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, pp. 560-565, 1985.

Erdélyi, A.; Magnus, W.; Oberhettinger, F.; and Tricomi, F. G. "The Beta Function." §1.5 in Higher Transcendental Functions, Vol. 1. New York: Krieger, pp. 9-13, 1981.

Jeffreys, H. and Jeffreys, B. S. "The Beta Function." §15.02 in Methods of Mathematical Physics, 3rd ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 463-464, 1988.

Koepf, W. Hypergeometric Summation: An Algorithmic Approach to Summation and Special Function Identities. Braunschweig, Germany: Vieweg, pp. 6-9, 1998.

Krantz, S. G. "The Beta Function." §13.1.11 in Handbook of Complex Variables. Boston, MA: Birkhäuser, pp. 157-158, 1999.

Morse, P. M. and Feshbach, H. Methods of Theoretical Physics, Part I. New York: McGraw-Hill, p. 425, 1953.

Press, W. H.; Flannery, B. P.; Teukolsky, S. A.; and Vetterling, W. T. "Gamma Function, Beta Function, Factorials, Binomial Coefficients" and "Incomplete Beta Function, Student's Distribution, F-Distribution, Cumulative Binomial Distribution." §6.1 and 6.2 in Numerical Recipes in FORTRAN: The Art of Scientific Computing, 2nd ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 206-209 and 219-223, 1992.

Spanier, J. and Oldham, K. B. "The Incomplete Beta Function B(nu;mu;x)." Ch. 58 in An Atlas of Functions. Washington, DC: Hemisphere, pp. 573-580, 1987.

Whittaker, E. T. and Watson, G. N. A Course of Modern Analysis, 4th ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, 1990.




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.