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Bessel関数に関するGegenbauerの加法定理

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Gegenbauer多項式は
Cn(a)(x)=(2a)nn!2F1[n,2a+na+12;1x2]
によって与えられる. 前の記事 でGegenbauerの加法定理
Cn(a)(st+x1s21t2)=k=0n2a+2k12a1(nk)!(a)k2(2a)n+k(41s21t2)kCnk(a+k)(s)Cnk(a+k)(t)Ck(a12)(x)
を示した. 定義から,
limnn!(2a)nCn(1x22n2)=0k(1)kk!(a+12)k(x2)2k=Γ(a+12)(x2)12aJa12(x)
である. ここで, Ja(x)はBessel関数であり,
Ja(x)=0n(1)nn!Γ(a+n+1)(x2)2n+a
によって定義される. Gegenbauerの加法定理において, s=1u22n2,t=1v22n2としてから, n!(2a)nを掛けてnとすると, 左辺は
limnn!(2a)nCn(a)(1u22n2v22n2+uvxn21u24n21v24n2)=Γ(a+12)(u2+v22uvx2)12aJa12(u2+v22uvx)
となり, 右辺は
limnn!(2a)nk=0n2a+2k12a1(nk)!(a)k2(2a)n+k(4uvn21u24n21v24n2)kCnk(a+k)(1u22n2)Cnk(a+k)(1v22n2)Ck(a12)(x)=limnk=0n2a+2k12a1n!(2a)n+k(a)k2n2k(2a)n(nk)!(2a)2k2(4uv1u24n21v24n2)k(nk)!(2a+2k)nkCnk(a+k)(1u22n2)(nk)!(2a+2k)nkCnk(a+k)(1v22n2)Ck(a12)(x)=k=02a+2k12a1(a)k2(2a)2k2(4uv)kΓ(a+k+12)2(uv4)12akJa+k12(u)Ja+k12(v)Ck(a12)(x)=Γ(a+12)Γ(a12)k=0(a+k12)(uv4)12aJa+k12(u)Ja+k12(v)Ck(a12)(x)
よってaa+12とすれば, 以下を得る.

Bessel関数に関するGegenbauerの加法定理

Ja(u2+v22uvx)(u2+v22uvx)a=(2uv)aΓ(a)k=0(a+k)Ja+k(u)Ja+k(v)Ck(a)(x)

Gegenbauer多項式の直交性
11Cn(a)(x)Cm(a)(x)(1x2)a12dx=πΓ(a+12)Γ(a)(2a)nn!(n+a)δn,m
を考えれば, これは
11Ja(u2+v22uvx)(u2+v22uvx)aCn(a)(x)(1x2)a12dx=πΓ(a+12)(2a)nn!(2uv)aJa+n(u)Ja+n(v)
と同値である. 特にn=0とすると,
11Ja(u2+v22uvx)(u2+v22uvx)a(1x2)a12dx=πΓ(a+12)(2uv)aJa(u)Ja(v)
を得る.

投稿日:418
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Wataru
Wataru
783
52021
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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