«P-функция» перенаправляется сюда. Для функции фазового пространства, представляющей квантовое состояние, см.
P-представление Глаубера – Сударшана.
В математике, в Вейерштрасса эллиптических функций являются эллиптическими функциями, которые принимают особенно простую форму. Они названы в честь Карла Вейерштрасса. Этот класс функций также называют ℘-функциями, и они обычно обозначаются символом ℘, уникально причудливым скриптом p. Они играют важную роль в теории эллиптических функций. ℘-функция вместе с ее производной может использоваться для параметризации эллиптических кривых, и они генерируют поле эллиптических функций относительно заданной решетки периодов.
Символ Вейерштрасса -функции
Модель Вейерштрасса -функции
СОДЕРЖАНИЕ
- 1 Определение
- 2 Мотивация
- 3 свойства
- 4 расширение Лорана
- 5 Дифференциальное уравнение
- 6 инвариантов
- 7 Модульный дискриминант
- 8 Константы e 1, e 2 и e 3
- 9 Связь с эллиптическими кривыми
- 10 теорем сложения
- 11 Связь с эллиптическими функциями Якоби
- 12 Типографика
- 13 См. Также
- 14 Сноски
- 15 Ссылки
- 16 Внешние ссылки
Определение
Визуализация -функции с инвариантами и в которой белый соответствует полюсу, черной к нулю.
Пусть будет два комплексных числа, которые линейно независимы над и пусть будет решетка, порожденная этими числами. Тогда -функция определяется следующим образом:
Этот ряд сходится локально равномерно абсолютно в. Часто а не только пишется.
Функция Вейерштрасса построена точно таким образом, что в каждой точке решетки имеет полюс второго порядка.
Поскольку одна сумма не сходится, необходимо добавить член.
Принято использовать и в верхней полуплоскости в качестве образующих решетки. Деление на отображает решетку изоморфно на решетку с. Поскольку может быть заменено на, без потери общности мы можем предположить, а затем определить.
Мотивация
Кубика вида, где - комплексные числа с, не может быть рационально параметризована. Тем не менее, все еще хочется найти способ параметризации.
Для квадрики, единичного круга, существует (нерациональная) параметризация с использованием функции синуса и ее производной функции косинуса:
- .
Из-за периодичности синуса и косинуса в качестве домена выбрана функция, поэтому функция является биективной.
Аналогичным образом можно получить параметризацию с помощью двоякопериодической -функции (см. Раздел «Связь с эллиптическими кривыми»). Эта параметризация имеет область, топологически эквивалентную тору.
Есть еще одна аналогия с тригонометрическими функциями. Рассмотрим интегральную функцию
- .
Его можно упростить, заменив и:
- .
Это значит. Таким образом, синусоидальная функция является обратной функцией интегральной функции.
Эллиптические функции также являются функциями, обратными интегральным функциям, а именно эллиптическим интегралам. В частности, -функция получается следующим образом:
Позволять
- .
Затем его можно продолжить на комплексную плоскость, и это расширение будет равно -функции.
Характеристики
- ℘ - четная функция. Это означает для всех, что можно увидеть следующим образом:
Второе последнее равенство выполняется, потому что. Поскольку сумма абсолютно сходится, эта перестановка не меняет предела.
- ℘ мероморфен, и его производная
- и двоякопериодичны с периодами und. Это означает:
Отсюда следует и для всех. Функции, которые являются мероморфными и двоякопериодическими, также называются эллиптическими функциями.
Расширение Лорана
Пусть. Тогда для в -функции имеет следующее разложение в ряд Лорана
куда
- ибо это так называемые ряды Эйзенштейна.
Дифференциальное уравнение
Установите и. Тогда -функция удовлетворяет дифференциальному уравнению
- .
Это соотношение может быть проверено путем формирования линейной комбинации степеней и исключения полюса в точке. Это дает целую эллиптическую функцию, которая должна быть постоянной по теореме Лиувилля.
Инварианты
Действительная часть инварианта g 3 как функция номера q на единичном круге.
Мнимая часть инварианта g 3 как функция номера q на единичном круге.
Коэффициенты вышеуказанного дифференциального уравнения g 2 и g 3 известны как инварианты. Поскольку они зависят от решетки, их можно рассматривать как функции в и.
Разложение в ряд предполагает, что g 2 и g 3 являются однородными функциями степени −4 и −6. То есть
- для.
Если и выбраны таким образом, что g 2 и g 3 можно интерпретировать как функции в верхней полуплоскости.
Пусть. Надо:
- ,
- .
Это означает, что g 2 и g 3 масштабируются только таким образом. Установленный
,.
В качестве функций используются так называемые модульные формы.
Ряд Фурье для и приведены следующим образом:
куда
- функция делителя и.
Модульный дискриминант
Действительная часть дискриминанта как функция номера q на единичном диске.
Модульное дискриминант Δ определяется как дискриминант многочлена в правой части приведенного выше дифференциального уравнения:
Дискриминант представляет собой модульную форму веса 12. То есть под действием модулярной группы он преобразуется как
где с ad - bc = 1.
Обратите внимание, где находится эта функция Дедекинда.
Для коэффициентов Фурье см тау-функцию Рамануджана.
Константы e 1, e 2 и e 3
, и обычно используются для обозначения значений -функции на полупериодах.
Они попарно различны и зависят только от решетки, а не от ее образующих.
, и являются корнями кубического многочлена и связаны уравнением:
- .
Поскольку эти корни различны, дискриминант не обращается в нуль в верхней полуплоскости. Теперь мы можем переписать дифференциальное уравнение:
- .
Это означает, что полупериоды равны нулю.
Инварианты и можно выразить через эти константы следующим образом:
Связь с эллиптическими кривыми
Рассмотрим проективную кубическую кривую
- .
Для этой кубики, также называемой кубикой Вейерштрасса, не существует рациональной параметризации, если. В этом случае ее еще называют эллиптической кривой. Тем не менее, существует параметризация, в которой используется -функция и ее производная:
Теперь карта является биективен и параметризует эллиптической кривой.
является абелевой группой и топологическим пространством, наделенным фактор-топологией.
Можно показать, что каждая кубика Вейерштрасса задана таким образом. То есть для каждой пары с существует решетка такая, что
и.
Утверждение о том, что эллиптические кривые можно параметризовать, известно как теорема модульности. Это важная теорема теории чисел. Это было частью доказательства Эндрю Уайлса (1995) Великой теоремы Ферма.
Теоремы сложения
Давай, так что. Тогда есть:
- .
А также формула дублирования:
- .
Эти формулы также имеют геометрическую интерпретацию, если посмотреть на эллиптическую кривую вместе с отображением, как в предыдущем разделе.
Групповая структура переводится в кривую и может быть там геометрически интерпретирована:
Сумма трех попарно различных точек равна нулю тогда и только тогда, когда они лежат на одной прямой в.
Это эквивалентно:
- ,
где, и.
Связь с эллиптическими функциями Якоби
Для численной работы часто удобно вычислять эллиптическую функцию Вейерштрасса в терминах эллиптических функций Якоби.
Основные отношения:
где и - три корня, описанные выше, и где модуль k функций Якоби равен
и их аргумент w равен
Типография
Эллиптическая функция Вейерштрасса обычно записывается довольно специальной строчной буквой ℘.
В вычислительной технике буква ℘ используется как \wp
в TeX. В Unicode точка код U + 2118 ℘ SCRIPT КАПИТАЛ Р (HTML amp;#8472;
amp;weierp;, amp;wp;
), с более правильным псевдонимом Вейерштрасса эллиптической функции. В HTML это может быть экранировано как amp;weierp;
.
Смотрите также
Сноски
использованная литература
- Абрамовиц, Милтон ; Стегун, Ирен Энн, ред. (1983) [июнь 1964]. «Глава 18». Справочник по математическим функциям с формулами, графиками и математическими таблицами. Прикладная математика. 55 (Девятое переиздание с дополнительными исправлениями, десятое оригинальное издание с исправлениями (декабрь 1972 г.); первое изд.). Вашингтон; Нью-Йорк: Министерство торговли США, Национальное бюро стандартов; Dover Publications. п. 627. ISBN 978-0-486-61272-0. LCCN 64-60036. Руководство по ремонту 0167642. LCCN 65-12253.
- Н. И. Ахиезер, Элементы теории эллиптических функций, (1970) Москва, переведено на английский как AMS Переводы математических монографий Том 79 (1990) AMS, Род-Айленд ISBN 0-8218-4532-2
- Том М. Апостол, Модульные функции и ряды Дирихле в теории чисел, второе издание (1990), Springer, New York ISBN 0-387-97127-0 (см. Главу 1.)
- К. Чандрасекхаран, Эллиптические функции (1980), Springer-Verlag ISBN 0-387-15295-4
- Конрад Кнопп, Funktionentheorie II (1947), Dover Publications; Переиздано в английском переводе как Theory of Functions (1996), Dover Publications ISBN 0-486-69219-1
- Серж Лэнг, Эллиптические функции (1973), Аддисон-Уэсли, ISBN 0-201-04162-6
- Е. Т. Уиттакер и Г. Н. Уотсон, Курс современного анализа, Cambridge University Press, 1952, главы 20 и 21
внешние ссылки