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多伽瑪函式


Polygamma

一種 特殊函式,最常用的符號是 psi_n(z), psi^((n))(z), 或 F_n(z-1),它由 (n+1)導數對數伽瑪函式 Gamma(z)(或者,根據定義,是 階乘 z! 的導數)。 這等價於 n 階正常導數的 對數導數Gamma(z) (或 z!) ,在前一種情況下,等價於 n 階正常導數的 雙伽瑪函式 psi_0(z)。 由於定義的這種歧義,有時(但並非總是)使用兩種不同的符號,即

psi_n(z)=(d^(n+1))/(dz^(n+1))ln[Gamma(z)]
(1)
=(d^n)/(dz^n)(Gamma^'(z))/(Gamma(z))
(2)
=(d^n)/(dz^n)psi_0(z),
(3)

對於 n>0,可以寫成

psi_n(z)=(-1)^(n+1)n!sum_(k=0)^(infty)1/((z+k)^(n+1))
(4)
=(-1)^(n+1)n!zeta(n+1,z),
(5)

其中 zeta(a,z)Hurwitz zeta 函式

備用記號

 F_n(z)=(d^(n+1))/(dz^(n+1))lnz!
(6)

有時會使用,兩種記號透過下式關聯

 psi_n(z)=F_n(z-1).
(7)

不幸的是,Morse 和 Feshbach (1953) 採用了一種不再常用的記號,其中 Morse 和 Feshbach 的 "psi_n(z)" 等於通常記號中的 psi_(n-1)(z)。 另請注意,函式 psi_0(z) 等價於 雙伽瑪函式 Psi(z),而 psi_1(z) 有時被稱為 三伽瑪函式

psi_n(z)Wolfram 語言 中實現為PolyGamma[n, z],對於正整數 n。 事實上,PolyGamma[nu, z] 支援所有複數 nu (Grossman 1976; Espinosa and Moll 2004)。

多伽瑪函式服從 遞推關係

 psi_n(z+1)=psi_n(z)+(-1)^nn!z^(-n-1),
(8)

反射 公式

 psi_n(1-z)+(-1)^(n+1)psi_n(z)=(-1)^npi(d^n)/(dz^n)cot(piz),
(9)

和乘法 公式

 psi_n(mz)=delta_(n0)lnm+1/(m^(n+1))sum_(k=0)^(m-1)psi_n(z+k/m),
(10)

其中 delta_(mn)Kronecker delta

多伽瑪函式與 Riemann zeta 函式 zeta(s) 和廣義 調和數 H_(z-1)^((n+1)) 相關,透過

 psi_n(z)=(-1)^(n+1)n![zeta(n+1)-H_(z-1)^((n+1))]
(11)

對於 n=1, 2, ...,並根據 Hurwitz zeta 函式 zeta(s,a) 表示為

 psi_n(z)=(-1)^(n+1)n!zeta(n+1,z).
(12)

尤拉-馬歇羅尼常數雙伽瑪函式 psi_0(x) 的一個特殊值,其中

gamma=-Gamma^'(1)
(13)
=-psi_0(1).
(14)

一般來說,整數索引的特殊值由下式給出

psi_n(1)=(-1)^(n+1)n!zeta(n+1)
(15)
psi_n(1/2)=(-1)^(n+1)n!(2^(n+1)-1)zeta(n+1),
(16)

給出 雙伽瑪函式三伽瑪函式 和四伽瑪函式恆等式

psi_1(1/2)=1/2pi^2
(17)
psi_1(1)=zeta(2)
(18)
=1/6pi^2
(19)
psi_2(1)=-2zeta(3)
(20)
psi_3(1/2)=pi^4,
(21)

等等。

多伽瑪函式可以用 Clausen 函式 表示,對於 有理 自變數和整數索引。 特殊情況由下式給出

psi_1(1/3)=2/3pi^2+3sqrt(3)Cl_2(2/3pi)
(22)
psi_1(2/3)=2/3pi^2-3sqrt(3)Cl_2(2/3pi)
(23)
psi_1(1/4)=pi^2+8K
(24)
psi_1(3/4)=pi^2-8K
(25)
psi_2(1/2)=-14zeta(3)
(26)
psi_2(1/3)=-(4pi^3)/(3sqrt(3))-18Cl_3(0)+18Cl_3(2/3pi)
(27)
psi_2(2/3)=(4pi^3)/(3sqrt(3))-18Cl_3(0)+18Cl_3(2/3pi)
(28)
psi_2(1/4)=-2pi^3-56zeta(3)
(29)
psi_2(3/4)=2pi^3-56zeta(3)
(30)
psi_2(1/6)=-182zeta(3)-4sqrt(3)pi^3
(31)
psi_2(5/6)=-182zeta(3)+4sqrt(3)pi^3
(32)
psi_3(1/3)=8/3pi^4+162sqrt(3)Cl_4(2/3pi)
(33)
psi_3(2/3)=8/3pi^4-162sqrt(3)Cl_4(2/3pi)
(34)
psi_3(1/4)=8pi^4+768beta(4)
(35)
psi_3(3/4)=8pi^4-768beta(4),
(36)

其中 KCatalan 常數zeta(z)Riemann zeta 函式,而 beta(z)Dirichlet beta 函式


另請參閱

Catalan 常數, Clausen 函式, 雙伽瑪函式, Dirichlet Beta 函式, 尤拉-馬歇羅尼積分, 伽瑪函式, 高斯雙伽瑪定理, 調和數, 週期 Zeta 函式, q-多伽瑪函式, Riemann Zeta 函式, Stirling 級數, 三伽瑪函式

相關 Wolfram 網站

http://functions.wolfram.com/GammaBetaErf/PolyGamma2/

使用 探索

參考文獻

Abramowitz, M. and Stegun, I. A. (Eds.). "Polygamma Functions." §6.4 in 數學函式手冊,包含公式、圖表和數學表格,第 9 版印刷。 New York: Dover, p. 260, 1972.Adamchik, V. S. "負階多伽瑪函式." J. Comput. Appl. Math. 100, 191-199, 1999.Arfken, G. "雙伽瑪函式和多伽瑪函式." §10.2 in 物理學家的數學方法,第 3 版。 Orlando, FL: Academic Press, pp. 549-555, 1985.Berndt, B. C. Ramanujan 的筆記本:第一部分。 New York: Springer-Verlag, p. 163, 1985.Davis, H. T. 高等數學函式表。 Bloomington, IN: Principia Press, 1933.Espinosa, O. and Moll, V. H. "廣義多伽瑪函式." Integral Trans. Special Func. 15, 101-115, 2004.Grossman, N. "任意階多伽瑪函式." SIAM J. Math. Anal. 7, 366-372, 1976.Hansen, E. R. 級數和乘積表。 Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1975.Kölbig, K. S. "多伽瑪函式 psi_k(x) 對於 x=1/4x=3/4." J. Comp. Appl. Math. 75, 43-46, 1996.Kölbig, K. S. "多伽瑪函式和有理數自變數的餘切函式的導數。" Report CN/96/5. CERN Computing and Networks Division, 1996.Morse, P. M. and Feshbach, H. 理論物理學方法,第一部分。 New York: McGraw-Hill, pp. 422-424, 1953.

在 中被引用

多伽瑪函式

引用為

韋斯坦因,埃裡克·W. "多伽瑪函式。" 來自 --一個 Wolfram 網路資源。 https://mathworld.tw/PolygammaFunction.html

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