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現代数学解説
文献あり

Burchnall-Chaundyの作用素とAppellの超幾何級数

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Burchnall-Chaundyの作用素

x,yに関するべき級数に対して, Burchnall-Chaundyの作用素Δ(h),(h)
Δ(h)xnym:=(h)n+m(h)n(h)mxnym(h)xnym:=(h)n(h)m(h)n+mxnym
によって導入する. これは, θx,θyをそれぞれx,yに関するEuler作用素
θxxn:=nxnθyym:=mym
として,
Δ(h)=Γ(h)Γ(θx+θy+h)Γ(θx+h)Γ(θy+h)(h)=Γ(h)Γ(θx+θy+h)Γ(θx+h)Γ(θy+h)
と表すことができる. 定義から, Δ(h),(h)は互いに逆変換になっていることが分かる.

Appellの超幾何級数

Appellの超幾何級数は
F1(a;b1,b2c;x,y):=0n,m(a)n+m(b1)n(b2)m(c)n+mn!m!xnymF2(a;b1,b2c1,c2;x,y):=0n,m(a)n+m(b1)n(b2)m(c1)n(c2)mn!m!xnymF3(a1,a2;b1,b2c;x,y):=0n,m(a1,b1)n(a2,b2)m(c)n+mn!m!xnymF4(a;bc1,c2;x,y):=0n,m(a,b)n+m(c1)n(c2)mn!m!xnym
によって定義される. 定義通りに計算することによって, 以下の等式が得られる.

F1(a;b1,b2c;x,y)=(a)Δ(c)F(a,b1c;x)F(a,b2c;y)=(a)F3(a,a;b1,b2c;x,y) =Δ(c)F2(a;b1,b2c,c;x,y)F2(a;b1,b2c1,c2;x,y)=(a)F(a,b1c1;x)F(a,b2c2;y)F3(a1,a2;b1,b2c;x,y)=Δ(c)F(a1,b1c;x)F(a2,b2c;y)F4(a;bc1,c2;x,y)=(b)F2(a;b,bc1,c2;x,y)F(a,bc;x+y)=(b)F1(a;b,bc;x,y)=Δ(c)F4(a;bc1,c2;x,y)=(b)F2(a;b,bc,c;x,y)=(b)Δ(c)F2(a;b,bc,c;x,y)

Gaussの超幾何定理より,

Γ(h)Γ(n+m+h)Γ(n+h)Γ(m+h)=0r(n,m)rr!(h)rΓ(n+h)Γ(m+h)Γ(h)Γ(n+m+h)=0r(n,m)rr!(hnm+1)r
が得られる. また, Dougallの5F4の和公式から
Γ(n+h)Γ(m+h)Γ(h)Γ(n+m+h)=0r(1)r(h)2r(n,m)rr!(h+r1)r(m+h,n+h)rΓ(h)Γ(n+m+h)Γ(m+k)Γ(n+k)Γ(n+h)Γ(m+h)Γ(k)Γ(m+n+k)=0r(k)2r(kh,n,m)rr!(k+r1)r(m+k,n+k,h)r
が得られる. また, Saalschutzの和公式により,
Γ(h)Γ(n+m+h)Γ(m+k)Γ(n+k)Γ(n+h)Γ(m+h)Γ(k)Γ(m+n+k)=0r(hk,n,m)rr!(h,knm+1)r
という表示も得られる. これらの公式において, n,mθx,θyに置き換えることによって作用素(h),Δ(h)の表示を得ることができる. 具体例を挙げると,
Δ(h)=0r(θx,θy)rr!(hθxθy+1)r(h)=0r(θx,θy)rr!(h)r
のようになる.

18個の展開公式

F2(a;b1,b2c1,c2;x,y)=0r(a,b1,b2)rr!(c1,c2)r(xy)rF(a+r,b1+rc1+r;x)F(a+r,b2+rc2+r;y)F(a,b1c1;x)F(a,b2c2;y)=0r(1)r(a,b1,b2)rr!(c1,c2)r(xy)rF2(a+r;b1+r,b2+rc1+r,c2+r;x,y)F3(a1,a2;b1,b2c;x,y)=0r(1)r(a1,a2,b1,b2)rr!(c+r1)r(c)2r(xy)rF(a1+r,b1+rc;x)F(a2+r,b2+rc;y)F(a1,b1c;x)F(a2,b2c;y)=0r(a1,a2,b1,b2)rr!(c)r(c)2r(xy)rF3(a1+r,a2+r;b1+r,b2+rc+2r;x,y)F1(a;b1,b2c;x,y)=0r(a,b1,b2,ca)rr!(c+r1)r(c)2r(xy)rF(a+r,b1+rc+2r;x)F(a+r,b2+rc+2r;y)F(a,b1c;x)F(a,b2c;y)=0r(1)r(a,b1,b2,ca)rr!(c)r(c)2r(xy)rF1(a+r;b1+r,b2+rc+2r;x,y)F1(a;b1,b2c;x,y)=0r(a,b1,b2)rr!(c)2r(xy)rF3(a+r,a+r;b1+r,b2+rc+2r;x,y)F3(a,a;b1,b2c;x,y)=0r(1)r(a,b1,b2)rr!(c)2r(xy)rF1(a+r;b1+r,b2+rc+2r;x,y)F1(a;b1,b2c;x,y)=0r(1)r(a)2r(b1,b2)rr!(c+r1)r(c)2r(xy)rF2(a+2r;b1+r,b2+rc+2r,c+2r;x,y)F2(a;b1,b2c,c;x,y)=0r(a)2r(b1,b2)rr!(c)r(c)2r(xy)rF1(a+2r;b1+r,b2+rc+2r;x,y)F4(a;bc1,c2;x,y)=0r(a)2r(b)rr!(c1,c2)r(xy)rF2(a+2r;b+r,b+rc1+r,c2+r;x,y)F2(a;b,bc1,c2;x,y)=0r(1)r(a)2r(b)rr!(c1,c2)r(xy)rF4(a+2r;b+rc1+r,c2+r;x,y)F(a,bc;x+y)=0r(a)2r(b)rr!(c)2r(xy)rF1(a+2r;b+r,b+rc+2r;x,y)F1(a;b1,b2c;x,y)=0r(1)r(a)2r(b)rr!(c)2r(xy)rF(a+2r;b+rc+2r;x+y)F(a,bc;x+y)=0r(1)r(a,b)2rr!(c+r1)r(c)2r(xy)rF4(a+2r;b+2rc+2r,c+2r;x,y)F4(a;bc,c;x,y)=0r(1)r(a,b)2rr!(c)r(c)2r(xy)rF(a+2r;b+2rc+2r;x+y)F(a,bc;x+y)=0r(a)2r(b,cb)rr!(c+r1)r(c)2r(xy)rF2(a+2r;b+r,b+rc+2r,c+2r;x,y)F2(a;b,bc,c;x,y)=0r(1)r(a)2r(b,cb)rr!(c)r(c)2r(xy)rF(a+2r;b+rc+2r;x+y)

数が多いので, 例として1つ目の公式を考えると,
F2(a;b1,b2c1,c2;x,y)=(a)F(a,b1c1;x)F(a,b2c2;y)=0r(θx,θy)rr!(a)rF(a,b1c1;x)F(a,b2c2;y)
であり,
(θx)rF(a,bc;x)=(1)r(a,b)r(c)rxrF(a+r,b+rc+r;x)
と計算できることから示すことができる. 同様に他の公式も, Gaussの超幾何定理, Dougallの和公式, Saalschutzの和公式から従う作用素の展開を用いることによって示すことができる.

参考文献

[1]
J. L. BURCHNALL, T. W. CHAUNDY, EXPANSIONS OF APPELL'S DOUBLE HYPERGEOMETRIC FUNCTIONS, The Quarterly Journal of Mathematics, 1940
投稿日:2024419
更新日:2024419
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Wataru
Wataru
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超幾何関数, 直交関数, 多重ゼータ値などに興味があります

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