المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر


Modular Equation  
  
563   05:08 مساءً   date: 24-12-2019
Author : Borwein, J. M. and Borwein, P. B
Book or Source : Pi & the AGM: A Study in Analytic Number Theory and Computational Complexity. New York: Wiley
Page and Part : ...


Read More
Date: 12-2-2020 1298
Date: 30-1-2021 1334
Date: 21-11-2020 475

Modular Equation

The modular equation of degree n gives an algebraic connection of the form

(1)

between the transcendental complete elliptic integrals of the first kind with moduli k and l. When k and l satisfy a modular equation, a relationship of the form

 (M(l,k)dy)/(sqrt((1-y^2)(1-l^2y^2)))=(dx)/(sqrt((1-x^2)(1-k^2x^2)))

(2)

exists, and M is called the multiplier. In general, if p is an odd prime, then the modular equation is given by

 Omega_p(u,v)=(v-u_0)(v-u_1)...(v-u_p),

(3)

where

u_p = (-1)^((p^2-1)/8)[lambda(q^p)]^(1/8)

(4)

= (-1)^((p^2-1)/8)u(q^p),

(5)

lambda is a elliptic lambda function, and

 q=e^(ipitau)

(6)

(Borwein and Borwein 1987, p. 126), where tau is the half-period ratio. An elliptic integral identity gives

(7)

so the modular equation of degree 2 is

 l=(2sqrt(k))/(1+k),

(8)

which can be written as

 l^2(1+k)^2=4k.

(9)

A few low order modular equations written in terms of k and l are

Omega_2 = l^2(1+k)^2-4k=0

(10)

Omega_7 =

(11)

Omega_(23) =

(12)

In terms of u and v,

Omega_3(u,v) = u^4-v^4+2uv(1-u^2v^2)=0

(13)

Omega_5(u,v) = v^6-u^6+5u^2v^2(v^2-u^2)+4uv(u^4v^4-1)

(14)

= (u/v)^3+(v/u)^3=2(u^2v^2-1/(u^2v^2))=0

(15)

Omega_7(u,v) = (1-u^8)(1-v^8)-(1-uv)^8=0,

(16)

where

 u^2=sqrt(k)=(theta_2(q))/(theta_3(q))

(17)

and

 v^2=sqrt(l)=(theta_2(q^p))/(theta_3(q^p)).

(18)

Here, theta_i are Jacobi theta functions.

A modular equation of degree  for r>=2 can be obtained by iterating the equation for 2^(r-1). Modular equations for prime p from 3 to 23 are given in Borwein and Borwein (1987).

Quadratic modular identities include

 (theta_3(q))/(theta_3(q^4))-1=[(theta_3^2(q^2))/(theta_3^2(q^4))-1]^(1/2).

(19)

Cubic identities include

 [3(theta_2(q^9))/(theta_2(q))-1]^3=9(theta_2^4(q^3))/(theta_2^4(q))-1

(20)

 [3(theta_3(q^9))/(theta_3(q))-1]^3=9(theta_3^4(q^3))/(theta_3^4(q))-1

(21)

 [3(theta_4(q^9))/(theta_4(q))-1]^3=9(theta_4^4(q^3))/(theta_4^4(q))-1.

(22)

A seventh-order identity is

 sqrt(theta_3(q)theta_3(q^7))-sqrt(theta_4(q)theta_4(q^7))=sqrt(theta_2(q)theta_2(q^7)).

(23)

From Ramanujan (1913-1914),

(24)

(25)

When k and l satisfy a modular equation, a relationship of the form

 (M(l,k)dy)/(sqrt((1-y^2)(1-l^2y^2)))=(dx)/(sqrt((1-x^2)(1-k^2x^2)))

(26)

exists, and M is called the multiplier. The multiplier of degree n can be given by

 M_n(l,k)=(theta_3^2(q))/(theta_3^2(q^(1/p)))=(K(k))/(K(l)),

(27)

where theta_i is a Jacobi theta function and K(k) is a complete elliptic integral of the first kind.

The first few multipliers in terms of l and k are

M_2(l,k) =

(28)

M_3(l,k) = (1-sqrt((l^3)/k))/(1-sqrt((k^3)/l)).

(29)

In terms of the u and v defined for modular equations,

M_3 = v/(v+2u^3)=(2v^3-u)/(3u)

(30)

M_5 = (v(1-uv^3))/(v-u^5)=(u+v^5)/(5u(1+u^3v))

(31)

M_7 = (v(1-uv)[1-uv+(uv)^2])/(v-u^7)

(32)

= (v^7-u)/(7u(1-uv)[1-uv+(uv)^2]).

(33)


REFERENCES:

Borwein, J. M. and Borwein, P. B. Pi & the AGM: A Study in Analytic Number Theory and Computational Complexity. New York: Wiley, pp. 127-132, 1987.

Hanna, M. "The Modular Equations." Proc. London Math. Soc. 28, 46-52, 1928.

Ramanujan, S. "Modular Equations and Approximations to pi." Quart. J. Pure. Appl. Math. 45, 350-372, 1913-1914.




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.