※これは未完成のフランス語版です。内容は同じです。
La fonction d'Airy est une des solutions de l'équation différentielle$\dfrac{d^2y}{dx^2}=xy$
Normalement, on choisie comme base les deux fonctions $\Ai{}$et$ \Bi{}$
$\Ai{}(x)\,,\Bi{}(x)$sont définie pour tout réel $x$comme
$$\Ai{}(x)=\frac{1}{\pi}\int_{0}^{\infty}\cos\left(\frac{t^3}{3}+xt\right)dt$$
$$\Bi{}(x)=\frac{1}{\pi}\int_{0}^{\infty}e^{-\frac{t^3}{3}+xt}+\sin\left(\frac{t^3}{3}+xt\right)dt$$
representation graphique des fonctions$\Ai{}$et $\Bi{}$
Notre but est de resoudre$\frac{d^ny}{dx^n}=x^my$et cet article en donne quelques outils de resolution
Avant de presente ces resolution, nous rapellons les resolutions connues sur la resolution de$\frac{d^2y}{dx^2}=x^my$et apporterons de nouvels formules, afin de presente les notation qui sont utils a notre but
-développement en série Taylor
$$\Ai{}(x)=\frac{1}{3^{2/3}\Gamma(2/3)}\hgF{-}{2/3}{\frac{x^3}{9}}{1}-\frac{x}{3^{1/3}\Gamma(1/3)}\hgF{-}{4/3}{\frac{x^3}{9}}{1} $$
$$\Bi{}(x)=\frac{1}{3^{1/6}\Gamma(2/3)}\hgF{-}{2/3}{\frac{x^3}{9}}{1}+\frac{3^{1/6}x}{\Gamma(1/3)}\hgF{-}{4/3}{\frac{x^3}{9}}{1} $$
-intégrale sur $\mathbb{R} $
$$\int_{-\infty}^{\infty}\Ai{}(x)dx=1\,,\int_{0}^{\infty}\Ai{}(x)dx=\frac{1}{3}\,,\int_{-\infty}^{0}\Ai{}(x)dx=\frac{2}{3}\,,\int_{-\infty}^{0}\Bi{}(x)dx=0$$
-transformée de Laplace bilatérale pour$s<0$
$$\int_{-\infty}^{\infty}e^{-sx}\Ai{}(x)dx=e^{-\frac{s^3}{3}}$$
-Wronskien
$$\mathcal{W}(\Ai{}(x),\Bi{}(x))=\frac{1}{\pi}$$
-transformée de Mellin pour$s>0$
$$\int_{0}^{\infty}x^{s-1}\Ai{}(x)dx=\frac{3^{\frac{4s-7}{6}}}{2\pi}\Gamma\left(\frac{s}{3}\right)\Gamma\left(\frac{s+1}{3}\right)$$
ici on va s'intéresser a l'équation
$$\dfrac{d^2y}{dx^2}=x^{v-2}y\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:(1)$$
avec$v$un entier naturel superieur ou egal a $2$
on peut vérifier avec les propriétés de la fonction hypergéométrique que les deux fonctions definies sur $\mathbb{C}$suivantes sont solutions de l'equation$(1)$
$$\j{v}{A}(x)=\hgF{-}{1-1/v}{\frac{x^v}{v^2}}{1}\,,\;\j{v}{B}(x)=x\hgF{-}{1+1/v}{\frac{x^v}{v^2}}{1} $$
On peut aussi les représentér avec les fonctions de Bessel en ayant choisi la determination principale des logarithme pour $x$
$$\j{v}{A}(x)=\frac{\sqrt{x}}{\sqrt[v]{v}}\Gamma\left(1-\frac{1}{v}\right)I_{-\frac{1}{v}}\left(\frac{2}{v}x^{\frac{v}{2}}\right)\,,\;\j{v}{B}(x)=\sqrt[v]{v}\sqrt{x}\Gamma\left(1+\frac{1}{v}\right)I_{\frac{1}{v}}\left(\frac{2}{v}x^{\frac{v}{2}}\right)$$
$$\j{v}{A}(0)=1\,,\j{v}{A}'(0)=0$$
$$\j{v}{B}(0)=0\,,\j{v}{B}'(0)=1$$
$\mathcal{W}(\j{v}{A}(x),\j{v}{B}(x))=1$
$$\j{v}{A}(e^{\frac{2\pi i}{v}}x)=\j{v}{A}(x) $$
$$\j{v}{B}(e^{\frac{2\pi i}{v}}x)=e^{\frac{2\pi i}{v}}\j{v}{B}(x) $$
On peut voire ces propriétés graphiquement
la partie blanche traduit un grand module.
graphiques de$\j{v}{A}\,,\j{v}{B}$pour quelques valeurs de$v$
On voit que quand$v$est un nombre paire, $\j{v}{A}$est paire et$\j{v}{B}$est impaire
$$\j{v}{A}'(x)=\frac{x^{v-1}}{v-1}\hgF{-}{2-1/v}{\frac{x^v}{v^2}}{1}\,,\;\j{v}{B}'(x)=\hgF{-}{1/v}{\frac{x^v}{v^2}}{1} $$
D'après les propriétés qu'on a vue, on peut pensée que$\j{v}{A}(x)\,,\j{v}{B}(x)$sont les solutions les plus naturels
mais contrairement au cas de$\Ai{}(x)$, tout les solution divergent sur l'axe réel positif
Pour corrige ce probleme, on va cherchées une solution qui tend vers$0$à l'infinie
Pour cela on pose cette combinaison linéaire
$$\begin{align}\frac{v^{1/v}}{\Gamma(1-1/v)}\j{v}{A}(x)-\frac{v^{-1/v}}{\Gamma(1+1/v)}\j{v}{B}(x)&=\sqrt{x}\left(I_{-\frac{1}{v}}\left(\frac{2}{v}x^{\frac{v}{2}}\right)-I_{\frac{1}{v}}\left(\frac{2}{v}x^{\frac{v}{2}}\right)\right)
\\&=\frac{2\sqrt{x}}{\pi}\sin\left(\frac{\pi}{v}\right)K_{\frac{1}{v}}\left(\frac{2}{v}x^{\frac{v}{2}}\right)\end{align}$$
on sait que$K_a(x) \sim \sqrt{\dfrac{\pi}{2x}}e^{-x}\,(x\rightarrow+\infty)$donc on a trouvé la fonction qu'on cherchait
$$\Ai{v}(x)=\frac{v^{1/v}}{\Gamma(1-1/v)}\j{v}{A}(x)-\frac{v^{-1/v}}{\Gamma(1+1/v)}\j{v}{B}(x)$$
$$\Bi{v}(x)=\frac{v^{1/v}}{\Gamma(1-1/v)}\j{v}{A}(x)+\frac{v^{-1/v}}{\Gamma(1+1/v)}\j{v}{B}(x)$$
dans cette définition, on a mis $c=1$
quand $v$est paire, cela est vrai:$\Ai{v}(-x)=\Bi{v}(x)$
la relation avec les fonction d'Airy est$\Ai{3}(x)=3\Ai{}(x)\,,\Bi{3}(x)=\sqrt{3}\Bi{}(x)$
le Wronskian est
$$
\mathcal{W}(\Ai{v}(x),\Bi{v}(x))=\frac{2v}{\pi}\sin\left(\frac{\pi}{v}\right)
$$
$$\pAi{v}(x)=\frac{1}{\sqrt{v}}\tan\left(\frac{\pi}{2v}\right)\Ai{v}(x)$$
$$\pBi{v}(x)=\frac{1}{\sqrt{v}}\Bi{v}(x)$$
cette fois $\Ai{3}(x)=\Ai{}(x)\,,\Bi{3}(x)=\Bi{}(x)$est vrai
cette définition ressemble a celle qui est utilisé a NIST et Graphics Library of Special functions
on voit la raison de cette nom sur le graphique
celle de gauche est le type invariant et celui de la droite est le type
graphique de$\Ai{v}(x)\,,\Bi{v}(x)$
le graphique de Domain Coloring ne change pas beaucoup dans les deux type donc j'ai mis que le type invariant
dans cette page on va utilisé le type invariant
$$\Ai{v}(x)=\frac{2v}{\pi}\sin\left(\frac{\pi}{2v}\right)\int_{0}^{\infty}\cos\left(\frac{t^v}{v}-\frac{x^v}{vt^v}\right)dt$$
$$\Ai{v}(x)=\frac{2\sqrt{x}}{\pi}\sin\left(\frac{\pi}{v}\right)\int_{0}^{\infty}e^{-\frac{2}{v}x^{\frac{v}{2}}\cosh(t)}\cosh\left(\frac{t}{v}\right)dt=\frac{2\sqrt{x}}{\pi}\sin\left(\frac{\pi}{v}\right)\int_{1}^{\infty}\frac{e^{-\frac{2}{v}x^{\frac{v}{2}}t}\;T_{\frac{1}{v}}(t)}{\sqrt{t^2-1}}dt$$
$$\Ai{v}(x)=\frac{v^{-1/v}}{\pi}\sin\left(\frac{\pi}{v}\right)x\int_{0}^{\infty}t^{-\frac{1}{v}-1}e^{-t-\frac{x^v}{v^2t}}dt$$
$$\Ai{v}(x)=\frac{2x}{\sqrt{\pi v}}\left(\frac{4}{v}\right)^{\frac{1}{v}}\sin\left(\frac{\pi}{v}\right)e^{-\frac{2}{v}x^{\frac{v}{2}}}U\left[\begin{matrix}1/v+1/2\\2/v+1\end{matrix};\frac{4}{v}x^\frac{v}{2}\right]$$
$$\int_{0}^{\infty}\Ai{v}(x)dx=\frac{v^{\frac{3}{v}-1}}{\pi}\sin\left(\frac{\pi}{v}\right)\Gamma\left(\frac{1}{v}\right)\Gamma\left(\frac{2}{v}\right)$$
$$\int_{0}^{\infty}\Ai{v}(-x)dx=\frac{v^{\frac{3}{v}-1}}{\pi}\left(\sin\left(\frac{2\pi}{v}\right)+\sin\left(\frac{\pi}{v}\right)\right)\Gamma\left(\frac{1}{v}\right)\Gamma\left(\frac{2}{v}\right)\quad(v\in 2\mathbb{N}+1,v > 2)$$
$$\int_{0}^{\infty}\Bi{v}(-x)dx=\frac{v^{\frac{3}{v}-1}}{\pi}\left(\sin\left(\frac{2\pi}{v}\right)-\sin\left(\frac{\pi}{v}\right)\right)\Gamma\left(\frac{1}{v}\right)\Gamma\left(\frac{2}{v}\right)\quad(v\in \mathbb{N},v \geq 2)$$
$$\int_{0}^{\infty}\j{v}{A}(e^{\frac{\pi i}{v}}x)dx=\frac{2}{v}v^{\frac{2}{v}}\cos\left(\frac{\pi}{v}\right)\Gamma\left(\frac{2}{v}\right)$$
$$\int_{0}^{\infty}\j{v}{B}(e^{\frac{\pi i}{v}}x)dx=e^{\frac{\pi i}{v}}\frac{v^{\frac{4}{v}-2}}{\pi}\sin\left(\frac{\pi}{v}\right)\Gamma\left(\frac{1}{v}\right)^2\Gamma\left(\frac{2}{v}\right)$$
$$\int_{0}^{\infty}x^{s-1}\Ai{v}(x)dx=\frac{v^{\frac{2s+1}{v}-1}}{\pi}\sin\left(\frac{\pi}{v}\right)\Gamma\left(\frac{s}{v}\right)\Gamma\left(\frac{s+1}{v}\right)$$
$$\int_{0}^{\infty}x^{s-1}\Ai{v}(-x)dx=\frac{v^{\frac{2s+1}{v}-1}}{\pi}\left(\sin\left(\frac{s+1}{v}\pi\right)+\sin\left(\frac{s\pi}{v}\right)\right)\Gamma\left(\frac{s}{v}\right)\Gamma\left(\frac{s+1}{v}\right)$$
$$\int_{0}^{\infty}x^{s-1}\Bi{v}(-x)dx=\frac{v^{\frac{2s+1}{v}-1}}{\pi}\left(\sin\left(\frac{s+1}{v}\pi\right)-\sin\left(\frac{s\pi}{v}\right)\right)\Gamma\left(\frac{s}{v}\right)\Gamma\left(\frac{s+1}{v}\right)$$
$$\int_{0}^{\infty}x^{s-1}\j{v}{A}(e^{\frac{\pi i}{v}}x)dx=\frac{v^{\frac{2s}{v}-1}}{\pi}\sin\left(\frac{s+1}{v}\pi\right)\Gamma\left(\frac{s}{v}\right)\Gamma\left(\frac{s+1}{v}\right)\Gamma\left(1-\frac{1}{v}\right)$$
$$\int_{0}^{\infty}x^{s-1}\j{v}{B}(e^{\frac{\pi i}{v}}x)dx=e^{\frac{\pi i}{v}}\frac{v^{\frac{2s}{v}-1}}{\pi}\sin\left(\frac{s\pi}{v}\right)\Gamma\left(\frac{s}{v}\right)\Gamma\left(\frac{s+1}{v}\right)\Gamma\left(1+\frac{1}{v}\right)$$
on va définir un autre type qui est meilleur pour calculer les intégrales
$$\rAi{v}(x)=\frac{\pi v^{-3/v}}{\sin(\pi/v)\Gamma(1/v)\Gamma(2/v)}\Ai{v}(x)=v^{-3/v}\frac{\Gamma(1-1/v)}{\Gamma(2/v)}\Ai{v}(x)$$
$$\rBi{v}(x)=\frac{\pi v^{1/2-3/v}}{\sin(\pi/v)\Gamma(1/v)\Gamma(2/v)}\Bi{v}(x)=v^{1/2-3/v}\frac{\Gamma(1-1/v)}{\Gamma(2/v)}\Bi{v}(x)$$
$\rAi{3}(x)=\Ai{}(x)\,,\rBi{3}(x)=\Bi{}(x)$est encore vrai
les intégral qu'on a vue tout a leur devint comme ceci
$$\int_{0}^{\infty}\rAi{v}(x)dx=\frac{1}{v}$$
$$\int_{0}^{\infty}\rAi{v}(-x)dx=\frac{1}{v}+\frac{2}{v}\cos\left(\frac{\pi}{v}\right)\quad(v\in 2\mathbb{N}+1,v > 2)$$
$$\int_{-\infty}^{\infty}\rAi{v}(x)dx=\frac{2}{v}+\frac{2}{v}\cos\left(\frac{\pi}{v}\right)\quad(v\in 2\mathbb{N}+1,v > 2)$$
$$\int_{0}^{\infty}\rBi{v}(-x)dx=\frac{2}{\sqrt{v}}\cos\left(\frac{\pi}{v}\right)-\frac{1}{\sqrt{v}}\quad(v\in 2\mathbb{N}+1,v > 2)$$
si on utilise cette fonction les intégral deviennent
$$\int_{0}^{\infty}\rAi{v}(x)dx=\frac{1}{v}$$
$$\int_{0}^{\infty}\rAi{v}(-x)dx=\frac{1}{v}+\frac{2}{v}\cos\left(\frac{\pi}{v}\right)\quad(v\in 2\mathbb{N}+1,v > 2)$$
$$\int_{-\infty}^{\infty}\rAi{v}(x)dx=\frac{2}{v}+\frac{2}{v}\cos\left(\frac{\pi}{v}\right)\quad(v\in 2\mathbb{N}+1,v > 2)$$
on utilise des route comme si dessous, et qu'on pose $C$comme la somme de tout les route
route
cela est vrai
$$\int_C\rAi{v}(x)dx=1$$
on s'intéresse a l'équation
$$\frac{d^ny}{dx^n}=x^{v-n}y$$
on va appeler cela l'équation de G.Airy
on définie les paramètres $a_m$comme ceci$(0\leq m< n)$
$ a_0=\left(1-\dfrac{n-1}{v},1-\dfrac{n-2}{v},...,1-\dfrac{2}{v},1-\dfrac{1}{v}\right) $
$ a_1=\left(1-\dfrac{n-2}{v},1-\dfrac{n-3}{v},...,1-\dfrac{1}{v},1+\dfrac{1}{v}\right) $
$
a_2=\left(1-\dfrac{n-3}{v},...,1-\dfrac{1}{v},1+\dfrac{1}{v},1+\dfrac{2}{v}\right)
$
$
\quad\:\:\:\vdots
$
$
a_m=\left(1-\dfrac{n-m-1}{v},...,1-\dfrac{1}{v},1+\dfrac{1}{v},...,1+\dfrac{m}{v}\right)
$
on va dire que $(\mathrm{M})$signifie le m-ième alphabet
pour$0\leq m< n$,on définie ces fonction
$$\j{n,v}{A}(x)=\hgF{-}{a_0}{\frac{x^v}{v^n}}{n-1} $$
$$\j{n,v}{B}(x)=x\hgF{-}{a_1}{\frac{x^v}{v^n}}{n-1} $$
$$\j{n,v}{C}(x)=\frac{x^2}{2}\hgF{-}{a_1}{\frac{x^v}{v^n}}{n-1} $$
$
\quad\:\:\:\vdots
$
$$\j{n,v}{(M)}(x)=\frac{x^m}{m!}\hgF{-}{a_m}{\frac{x^v}{v^n}}{n-1} $$
cela est une base de l'espace de solution de l'équation $\frac{d^ny}{dx^n}=x^{v-n}y$
Je ne pouvais pas démontré cela mais je pense que on pourra le démontré avec les formule de la fonction hypergéométrique
on va admettre cela
$\j{n,v}{(M)}^{(n)}(x)=x^{v-n}\j{n,v}{(M)}(x)$
$\j{n,v}{(M)}^{(n)}(e^{\frac{\pi i}{v}}x)=-x^{v-n}\j{n,v}{(M)}(x)$
$\j{n,v}{(M)}^{(k)}(0)= \delta_{k,m}$
$\mathcal{W}(\j{n,v}{A}(x),\j{n,v}{B}(x),\j{n,v}{C}(x),...)=1$
$\j{n,v}{(M)}^{(n)}(e^{\frac{2\pi i}{v}}x)=e^{\frac{2m\pi i}{v}}\j{n,v}{(M)}^{(n)}(x) $
on voit que cela ressemble beaucoup au propriété de$\j{v}{A}(x)$et de$\j{v}{B}(x)$
on va voire les graphique du cas de$n=3$
graphique de$\j{3,v}{A}(x)\,,\j{3,v}{B}(x)\,,\j{3,v}{C}(x)$
on observe bien les invariant et les degrées des racines
mais au contraire que le cas de$n=2$, on voit qu'il n'y a pas de partie qui converge
ensuite, on va voire le cas de$n=4$
graphique de$\j{4,v}{A}(x)\,,\j{4,v}{B}(x)\,,\j{4,v}{C}(x)\,,\j{4,v}{D}(x)$
cette fonction revient a calculer la fonction d'Airy général quand$n=2$et il revint a la fonction exponentiel quand$n=1$et$n=v$
$\j{1,v}{A}(x)=e^{\frac{x^v}{v}}$
$$\j{3,3}{A}(x)=\frac{1}{3}\left(e^x+2e^{-\frac{x}{2}}\cos\left(\frac{\sqrt{3}x}{2}\right)\right)$$
$$\j{3,3}{B}(x)=\frac{1}{3}\left(e^x-2e^{-\frac{x}{2}}\sin\left(\frac{\pi}{6}-\frac{\sqrt{3}x}{2}\right)\right)$$
$$\j{3,3}{C}(x)=\frac{1}{3}\left(e^x-2e^{-\frac{x}{2}}\sin\left(\frac{\pi}{6}+\frac{\sqrt{3}x}{2}\right)\right)$$
$$\j{4,4}{A}(x)=\frac{1}{2}(\cosh(x)+\cos(x))$$
$$\j{4,4}{B}(x)=\frac{1}{2}(\sinh(x)+\sin(x))$$
$$\j{4,4}{C}(x)=\frac{1}{2}(\cosh(x)-\cos(x))$$
$$\j{4,4}{D}(x)=\frac{1}{2}(\sinh(x)-\sin(x))$$
dans le cas général, $\j{n,n}{(M)}(x)$devint une combinaison linéaire de$e^{e^{\frac{2k\pi i}{n}}x}\,,(0 \leq k\leq n)$
comme on a fait dans les fonction d'Airy général, on veut trouver des solution qui tend vers $0$a$+\infty$dans le cas général
pour cela, on va revenir au debut
on va noté $\frac{d}{dx}$avec$D$
on va noté l'équation de G.Airy$D^ny=x^my$avec$\A{n,m}$
on va définir le co-equation de$\A{n,m}:D^ny=x^my$avec$\coA{n,m}:D^ny=-x^my$
l'ensemble de tout$\A{n,m}$et $\coA{n,m}$sera noté $\A{}$。
pour$a\in \A{}$, on note l'ensemble de solution de $a$avec$\sol a$
On va réfléchir sur la transformé de Laplace bilatéral
la transformé de Laplace bilatéral est definie avec ceci:
$$\mathcal{B}_{x}\big[f(x)\big](s)=\int_{-\infty}^{\infty}e^{-sx}f(x)dx$$
la transformé inverse estdéfinie comme cela
$$\mathcal{B}_{x}^{-1}\big[f(x)\big](s)=\frac{1}{2\pi i}\int_{c-i\infty}^{c+i\infty}e^{sx}f(x)dx$$
il faudrait pensé au question de convergence mais ici, se n'est pas très important donc on ne pense pas
Les proprieté important ici sont
$$\mathcal{B}_{x}\big[D^nf(x)\big](s)=s^n\mathcal{B}_{x}\big[f(x)\big](s)$$
$$\mathcal{B}_{x}\big[x^mf(x)\big](s)=(-D)^m\mathcal{B}_{x}\big[f(x)\big](s)$$
$$\mathcal{B}_{x}^{-1}\big[D^nf(x)\big](s)=(-s)^n\mathcal{B}_{x}\big[f(x)\big](s)$$
$$\mathcal{B}_{x}^{-1}\big[x^mf(x)\big](s)=D^m\mathcal{B}_{x}\big[f(x)\big](s)$$
on va modifier la définition en conservant ces proprietés
on abrève de $x$.on va définir la transformé de G.Laplace comme ceci
$$\mathcal{B}_{C}\big[f(x)\big](s)=\int_Ce^{-sx}f(x)dx$$
$$\mathcal{B}_{C}^{*}\big[f(x)\big](s)=\frac{1}{2\pi i}\int_Ce^{sx}f(x)dx$$
cela ne sont pas une transformation inverse entre elle
on applique cette transformation à l'équation de G.Airy$\A{n,m}:D^ny=x^my$.Cela donne
$$(-D)^m\mathcal{B}_C\big[f(x)\big](s)=s^n\mathcal{B}_C\big[f(x)\big](s)$$
$$D^m\mathcal{B}_C^*\big[f(x)\big](s)=(-s)^n\mathcal{B}_C^*\big[f(x)\big](s)$$
on va nommé la première $\dagger$-équation differentiel de $s$l'équation de$\A{n,m}$
la deuxième est la$-\dagger$-équation de $\A{n,m}$
On va exprimer cela avec$\A{n,m}^\dagger$et$\A{n,m}^{-\dagger}$
$\A{n,m}^\dagger:D^my=(-1)^mx^ny$
$\A{n,m}^{-\dagger}:D^my=(-1)^nx^ny$
Pour les co-équation, on définie avec$\coA{n,m}^\dagger=\overline{\A{n,m}^\dagger}\,,\coA{n,m}^{-\dagger}=\overline{\A{n,m}^{-\dagger}}$
avec sela on a réussie de définir la$\dagger$-équation pour tout les équation de $\A{}$
$\dagger$est egal de changer $D$à$x$et$x$à$-D$
$-\dagger$est egal de changer $D$à$-x$et$x$à$D$
cette définition veut dire que pour une fonction$s(x)\in\A{n,m}$,$\mathcal{B}_C\big[s(x)\big](s)\in\sol\A{n,m}^\dagger$
on définie les quatre type d'équation de G.Airy
-type paire$\A{n,m}\,(n,m\in2\mathbb{N})$
-type paire-impaire$\A{n,m}\,(n\in2\mathbb{N},m\in2\mathbb{N}+1)$
-type impaire-paire$\A{n,m}\,(n\in2\mathbb{N}+1,m\in2\mathbb{N})$
-type impaire$\A{n,m}\,(n,m\in2\mathbb{N}+1)$
on note l'emsemble de cela avec$\A{2\mathbb{N},2\mathbb{N}}\,,\A{2\mathbb{N},2\mathbb{N}+1}\,,\A{2\mathbb{N},2\mathbb{N}+1}\,,\A{2\mathbb{N}+1,2\mathbb{N}+1}\,$
on définie avec la même façon pour les co-équation
pour tout ces type, on calcule les $\dagger$-équation
$\A{2\mathbb{N},2\mathbb{N}}\ni\A{n,m}\ad\A{m,n}\ad\A{n,m}$
$\A{2\mathbb{N},2\mathbb{N}+1}\ni\A{n,m}\ad\coA{m,n}\ad\coA{n,m}\ad\A{m,n}\ad\A{n,m}$
$\A{2\mathbb{N}+1,2\mathbb{N}}\ni\A{n,m}\ad\A{m,n}\ad\coA{n,m}\ad\coA{m,n}\ad\A{n,m}$
$\A{2\mathbb{N}+1,2\mathbb{N}+1}\ni\A{n,m}\ad\coA{m,n}\ad\A{n,m}$
d'après ce qu'on a vue, on à compris que pour obtenir une solution de $\A{n,m}$,il fallait calculer la transformer de G.Laplace de la solution de $\A{n,m}^{-\dagger}$
mais il reste encore le problème de choisir les route et de choisir la fonction dans$\sol\A{n,m}^{-\dagger}$
dans le cas général, je n'ai pas obtenue des chose intéressent donc içi, on va ce sibler au solution qui tend vers $0$à$\pm\infty$
pour une fonction$a^{-\dagger}(x)\in\sol\A{n,m}^{-\dagger}$,si
$$\int_{-i\infty}^{i\infty}a^{-\dagger}(x)dx<\infty$$
est vrai, la transformation de G.Laplace qui prend $C$comme l'axe imaginaire
$$\B{C}{a^{-\dagger}(x)}=\int_{-i\infty}^{i\infty}e^{-sx}a^{-\dagger}(x)dx$$
est une solution de$\A{n,m}$et,d'après le théorème de Riemann-Lebesgue,sa limite vers$\pm\infty$est$0$
donc, on veut chercher des cas qu'on peut intégré sur l'axe imaginaire
On va cherché les solution de$\A{n,1}:D^ny=xy$
sela est une équation de type paire-impaire ou typa impaire
on pout trouver la $-\dagger$-équation d'elle avec
$$\A{2\mathbb{N},2\mathbb{N}+1}\ni\A{n,1}\ad\coA{1,n}\ad\coA{n,1}\ad\A{1,n}\ad\A{n,1}$$
$$\A{2\mathbb{N}+1,2\mathbb{N}+1}\ni\A{n,1}\ad\coA{1,n}\ad\A{n,1}$$
si $\A{n,1}$est un type paire-impaire,$\A{n,1}^{-\dagger}=\A{1,n}$
prenons une fonction dans$\sol\A{1,n}=\{ce^{\frac{x^{n+1}}{n+1}}|c\in\mathbb{C}\}$.on va utiliser le cas de$c=1/2\pi i$
$$\frac{1}{2\pi i}\B{C}{e^{\frac{x^{n+1}}{n+1}}}=\frac{1}{2\pi i}\int_Ce^{-sx+\frac{x^{n+1}}{n+1}}dx$$
est une solution de $\A{n,1}$.On ve dire que $C$est l'axe imaginaire mais cela est-il toujours possible?
on sela on va regarder le graphique de$e^{\frac{x^{n+1}}{n+1}} $
graphique de$e^{x^{(n+1)}/(n+1)}$($n$paire)
ca a l'aire dangereut.on prend une route qu'on à décaler l'axe imaginaire de$\epsilon$
$$\frac{1}{2\pi i}\int_{\pm\epsilon-i\infty}^{\pm\epsilon+i\infty}e^{-sx+\frac{x^{n+1}}{n+1}}dx=\frac{1}{2\pi}\int_{\mp\epsilon-\infty}^{\mp\epsilon+\infty}e^{-isx\mp i\frac{x^{n+1}}{x+1}}dx$$
la limite de $\epsilon\rightarrow 0$converge pour un réel $s$ et cela donne
$$\frac{1}{\pi}\int_{0}^{\infty}\cos\left(\frac{x^{n+1}}{n+1}\pm sx\right)dx$$
si on veut calculer pour un complex$s $,il suffie de ne pas prender la limite
on va définir cette fonction comme
$$\Ai{n,n+1}(x)=\frac{1}{\pi}\int_{0}^{\infty}\cos\left(\frac{t^{n+1}}{n+1}\pm xt\right)dt$$
si $\A{n,1}$est un type paire-impaire,$\A{n,1}^{-\dagger}=\coA{1,n}$
prenons une fonction dans$\sol\coA{1,n}=\{ce^{-\frac{x^{n+1}}{n+1}}|c\in\mathbb{C}\}$.onva utiliser le cas de$c=1/2\pi i$
$$\frac{1}{2\pi i}\B{C}{e^{-\frac{x^{n+1}}{n+1}}}=\frac{1}{2\pi i}\int_Ce^{-sx-\frac{x^{n+1}}{n+1}}dx$$
est une solution de$\A{n,1}$.contrairement, on ne peut pas toujours intégré sur l'axe imaginaire
graphique de$e^{-x^{(n+1)}/(n+1)}$($n$impaire)
on voit qu'elle diverge sur l'axe imaginaire quand $n+1\equiv2\mod4$
donc on oublie cela et on réfléchie juste si le cas de $n+1\equiv0\mod4$
$$\frac{1}{2\pi i}\int_{-i\infty}^{i\infty}e^{-sx+\frac{x^{n+1}}{n+1}}dx=\frac{1}{2\pi}\int_{-\infty}^{\infty}e^{-isx-\frac{x^{n+1}}{x+1}}dx=\frac{1}{\pi}\int_{0}^{\infty}e^{-\frac{x^{n+1}}{n+1}}\cos(sx)dx$$
est une solution de $\A{n,1}$.On va définir cela
$$\Ai{n,n+1}(x)=\frac{1}{\pi}\int_{0}^{\infty}e^{-\frac{t^{n+1}}{n+1}}\cos(xt)dt$$
$\coA{2,2}$ne change pas avec$\dagger$,donc$\coA{2,2}^{\dagger}=\coA{2,2} $
donc pour une fonction $a_1(x)\in\sol\coA{2,2}$,ilexiste une autre fonction$a_2(x)\in\sol\coA{2,2}$et
$$a_1(s)=\int_{C}e^{-sx}a_2(x)dx$$
si on réussie de prendre l'axe imaginaire et qu'on réussi de multiplier par$1/\sqrt{2\pi}i$,sela est la transformation de Fourier
on pose $a_2(x)=\j{4}{A}(e^{\frac{\pi i}{4}}x)$et on calcule sur l'axe imaginaire
$$a_1(s)=\int_{-i\infty}^{i\infty}e^{-sx}\j{4}{A}(e^{\frac{\pi i}{4}}x)dx=\int_{-\infty}^{\infty}e^{-isx}\j{4}{A}(e^{\frac{\pi i}{4}}x)dx$$
est une solution de $\coA{2,2}$.on calcule $a_1(0)$et$a_1'(0)$pour la déterminer
$$a_1(0)=\sqrt{2\pi}\:,\: a_1'(0)=0$$
donc on obtient
$$\frac{1}{\sqrt{2\pi}}\int_{-\infty}^{\infty}e^{-isx}\j{4}{A}(e^{\frac{\pi i}{4}}x)dx=\j{4}{A}(e^{\frac{\pi i}{4}}s) $$
$\A{n,2}$est une equation de type paire ou type impaire-paire et on trouve la$-\dagger$d'après
$$\A{2\mathbb{N},2\mathbb{N}}\ni\A{n,2}\ad\A{2,n}\ad\A{n,2}$$
$$\A{2\mathbb{N}+1,2\mathbb{N}}\ni\A{n,2}\ad\A{2,n}\ad\coA{n,2}\ad\coA{2,n}\ad\A{n,2}$$
avant de voir les deux cas, regardons les graphiques des fonctions d'Airy général
graphique de$\j{v}{A}(x)\,,\j{v}{B}(x)$
comme on le voit dans les graphiques, les limites vers$e^{\frac{(2k+1)\pi i}{v}}\infty$de$\j{v}{A}(x)$et$\j{v}{B}(x)$est $0$
les limites ne changent pas en prenant une combinaison linéaire donc cela est vrai pour tout les solution de$\A{2,n}$
réfléchissons quand cela permet de converger sur l'axe imaginaire
on a besoin que$\frac{(2k+1)\pi i}{v}=\frac{\pi i}{2}$donc si $v$est un nombre de forme$2\times impaire$
donc on va pas réfléchir sur le cas des types impaire-paire.on regarde juste sur les type paire
prenons une fonction de$\sol\A{n,2}^{-\dagger}=\sol\A{2,n}$,cela est$\sol\A{2,n}=\{a\j{n+2}{A}(x)+b\j{n+2}{B}(x)|a,b\in\mathbb{C}\} $
ici, on va utilise ces deux la qu'on a utiliser pour définir les fonction d'Airy général
$$\frac{1}{2\pi i}\frac{(n+2)^{\frac{1}{n+2}}}{\Gamma(1-\frac{1}{n+2})}\j{n+2}{A}(x)\,,\frac{1}{2\pi i}\frac{(n+2)^{-\frac{1}{n+2}}}{\Gamma(1+\frac{1}{n+2})}\j{n+2}{B}(x)$$
n+2 est de forme$2\times impaire$donc n est un multiple de $4$.on fait la même chose et on obtient
$$\begin{align*}\frac{1}{2\pi i}\frac{(n+2)^{\frac{1}{n+2}}}{\Gamma(1-\frac{1}{n+2})}\int_{-i\infty}^{i\infty}e^{-sx}\j{n+2}{A}(x)dx&=\frac{1}{2\pi}\frac{(n+2)^{\frac{1}{n+2}}}{\Gamma(1-\frac{1}{n+2})}\int_{-\infty}^{\infty}e^{-isx}\j{n+2}{A}(ix)dx\\&=\frac{1}{2\pi}\frac{(n+2)^{\frac{1}{n+2}}}{\Gamma(1-\frac{1}{n+2})}\int_{-\infty}^{\infty}e^{-isx}\j{n+2}{A}(e^{\frac{\pi i}{n+2}}x)dx\\&=\frac{1}{\pi}\frac{(n+2)^{\frac{1}{n+2}}}{\Gamma(1-\frac{1}{n+2})}\int_{0}^{\infty}\cos(sx)\j{n+2}{A}(e^{\frac{\pi i}{n+2}}x)dx\end{align*}$$
définissons cela comme$\Ai{n,n+2}(x)$
on réfléchie de la même façon est on obtient l'intégral
$$\begin{align*}\frac{1}{2\pi i}\frac{(n+2)^{-\frac{1}{n+2}}}{\Gamma(1+\frac{1}{n+2})}\int_{-i\infty}^{i\infty}e^{-sx}\j{n+2}{B}(x)dx&=\frac{1}{2\pi}\frac{(n+2)^{-\frac{1}{n+2}}}{\Gamma(1+\frac{1}{n+2})}\int_{-\infty}^{\infty}e^{-isx}\j{n+2}{B}(ix)dx\\&=\frac{e^{\frac{n\pi i}{2(n+2)}}}{2\pi}\frac{(n+2)^{-\frac{1}{n+2}}}{\Gamma(1+\frac{1}{n+2})}\int_{-\infty}^{\infty}e^{-isx}\j{n+2}{B}(e^{\frac{\pi i}{n+2}}x)dx\\&=\frac{e^{-\frac{\pi i}{n+2}}}{\pi}\frac{(n+2)^{-\frac{1}{n+2}}}{\Gamma(1+\frac{1}{n+2})}\int_{0}^{\infty}\sin(sx)\j{n+2}{B}(e^{\frac{\pi i}{n+2}}x)dx\end{align*}$$
definissons cela comme$\Bi{n,n+2}(x)$
rappelons d'abord les fonctions qu'on a définie
$$\Ai{n,n+1}(x)=\begin{align}
\begin{dcases}
\frac{1}{\pi}\int_{0}^{\infty}\cos\left(\frac{t^{n+1}}{n+1}- xt\right)dt\quad n\equiv0\mod4 \\
\frac{1}{\pi}\int_{0}^{\infty}\cos\left(\frac{t^{n+1}}{n+1}+ xt\right)dt\quad n\equiv2\mod4 \\
\frac{1}{\pi}\int_{0}^{\infty}e^{-\frac{t^{n+1}}{n+1}}\cos(xt)dt\quad n\equiv3\mod4\\
\end{dcases}
\end{align}$$
$$\begin{align}
\Ai{n,n+2}(x)=\frac{1}{\pi}\frac{(n+2)^{\frac{1}{n+2}}}{\Gamma(1-\frac{1}{n+2})}\int_{0}^{\infty}\cos(sx)\j{n+2}{A}(e^{\frac{\pi i}{n+2}}x)dx\quad n\equiv0\mod4
\end{align}$$
$$\begin{align}
\Bi{n,n+2}(x)=\frac{e^{-\frac{\pi i}{n+2}}}{\pi}\frac{(n+2)^{-\frac{1}{n+2}}}{\Gamma(1+\frac{1}{n+2})}\int_{0}^{\infty}\sin(sx)\j{n+2}{B}(e^{\frac{\pi i}{n+2}}x)dx\quad n\equiv0\mod4
\end{align}$$
le développement en séries de la fonction$a(s)=\B{C}{a^{-\dagger}(x)}\in\A{n,m}$qui est définie avec$a^{-\dagger}(x)\in\sol\A{n,m}^{-\dagger}$est
$$a(x)=\int_Ca^{-\dagger}(x)dx\j{n,n+m}{A}(x)-\int_Cxa^{-\dagger}(x)dx\j{n,n+m}{B}(x)+\int_Cx^2a^{-\dagger}(x)dx\j{n,n+m}{C}(x)-...$$
d'après cela, on obtient les bons coefficient
$$\begin{equation}\begin{split}\Ai{n,n+1}(x)&=\frac{1}{\pi}\int_{0}^{\infty}\cos\left(\frac{t^{n+1}}{n+1}\right)dt\j{n,n+1}{A}(x)+\frac{1}{\pi}\int_{0}^{\infty}t\sin\left(\frac{t^{n+1}}{n+1}\right)dt\j{n,n+1}{B}(x)\\
&\quad-\frac{1}{\pi}\int_{0}^{\infty}t^2\cos\left(\frac{t^{n+1}}{n+1}\right)dt\j{n,n+1}{C}(x)-\frac{1}{\pi}\int_{0}^{\infty}t^3\sin\left(\frac{t^{n+1}}{n+1}\right)dt\j{n,n+1}{D}(x)+...\end{split}n\equiv0\mod4\end{equation}$$
$$\begin{equation}\begin{split}\Ai{n,n+1}(x)&=\frac{1}{\pi}\int_{0}^{\infty}\cos\left(\frac{t^{n+1}}{n+1}\right)dt\j{n,n+1}{A}(x)-\frac{1}{\pi}\int_{0}^{\infty}t\sin\left(\frac{t^{n+1}}{n+1}\right)dt\j{n,n+1}{B}(x)\\ &\quad+\frac{1}{\pi}\int_{0}^{\infty}t^2\cos\left(\frac{t^{n+1}}{n+1}\right)dt\j{n,n+1}{C}(x)-\frac{1}{\pi}\int_{0}^{\infty}t^3\sin\left(\frac{t^{n+1}}{n+1}\right)dt\j{n,n+1}{D}(x)+...\end{split}n\equiv2\mod4\end{equation}$$
$$\begin{equation}\begin{split}\Ai{n,n+1}(x)&=\frac{1}{\pi}\int_{0}^{\infty}e^{-\frac{x^{n+1}}{n+1}}dt\j{n,n+1}{A}(x)-\frac{1}{\pi}\int_{0}^{\infty}t^2e^{-\frac{x^{n+1}}{n+1}}dt\j{n,n+1}{C}(x)\\
&\quad+\frac{1}{\pi}\int_{0}^{\infty}t^4e^{-\frac{x^{n+1}}{n+1}}dt\j{n,n+1}{E}(x)-\frac{1}{\pi}\int_{0}^{\infty}t^6e^{-\frac{x^{n+1}}{n+1}}dt\j{n,n+1}{G}(x)+...\end{split}n\equiv3\mod4\end{equation}$$
$$\begin{equation}\begin{split}\Ai{n,n+2}(x)&=\frac{1}{\pi}\frac{(n+2)^{\frac{1}{n+2}}}{\Gamma(1-\frac{1}{n+2})}\int_{0}^{\infty}\j{n+2}{A}(e^{\frac{\pi i}{n+2}}t)dt\j{n,n+2}{A}(x)\\&\quad-\frac{1}{\pi}\frac{(n+2)^{\frac{1}{n+2}}}{\Gamma(1-\frac{1}{n+2})}\int_{0}^{\infty}t^2\j{n+2}{A}(e^{\frac{\pi i}{n+2}}t)dt\j{n,n+1}{C}(x)\\
&\quad+\frac{1}{\pi}\frac{(n+2)^{\frac{1}{n+2}}}{\Gamma(1-\frac{1}{n+2})}\int_{0}^{\infty}t^4\j{n+2}{A}(e^{\frac{\pi i}{n+2}}t)dt\j{n,n+1}{E}(x)\\&\quad-\frac{1}{\pi}\frac{(n+2)^{\frac{1}{n+2}}}{\Gamma(1-\frac{1}{n+2})}\int_{0}^{\infty}t^6\j{n+2}{A}(e^{\frac{\pi i}{n+2}}t)dt\j{n,n+1}{G}(x)\\&\quad+...\end{split}\end{equation}$$
$$\begin{equation}\begin{split}\Bi{n,n+2}(x)&=\frac{e^{-\frac{\pi i}{n+2}}}{\pi}\frac{(n+2)^{-\frac{1}{n+2}}}{\Gamma(1+\frac{1}{n+2})}\int_{0}^{\infty}t\j{n+2}{B}(e^{\frac{\pi i}{n+2}}t)dt\j{n,n+2}{B}(x)\\&\quad-\frac{e^{-\frac{\pi i}{n+2}}}{\pi}\frac{(n+2)^{-\frac{1}{n+2}}}{\Gamma(1+\frac{1}{n+2})}\int_{0}^{\infty}t^3\j{n+2}{B}(e^{\frac{\pi i}{n+2}}t)dt\j{n,n+1}{D}(x)\\
&\quad+\frac{e^{-\frac{\pi i}{n+2}}}{\pi}\frac{(n+2)^{-\frac{1}{n+2}}}{\Gamma(1+\frac{1}{n+2})}\int_{0}^{\infty}t^5\j{n+2}{B}(e^{\frac{\pi i}{n+2}}t)dt\j{n,n+1}{F}(x)\\&\quad-\frac{e^{-\frac{\pi i}{n+2}}}{\pi}\frac{(n+2)^{-\frac{1}{n+2}}}{\Gamma(1+\frac{1}{n+2})}\int_{0}^{\infty}t^7\j{n+2}{B}(e^{\frac{\pi i}{n+2}}t)dt\j{n,n+1}{H}(x)\\&\quad+...\end{split}\end{equation}$$
les intégral dans les coefficients sont exprimable avec la fonction gamma
intéressons nous dans des cas plus particulier
redéfinissons ces deux fonction avec les séries entières
$$\Ai{3,4}(x)=\frac{1}{2\Gamma(3/4)}\j{3,4}{A}(x)-\frac{1}{\Gamma(1/4)}\j{3,4}{C}(x)$$
$$\Bi{3,4}(x)=\frac{1}{2\Gamma(3/4)}\j{3,4}{A}(x)+\frac{1}{\Gamma(1/4)}\j{3,4}{C}(x)$$
graphique de$\Ai{3,4}(x)\,,\Bi{3,4}(x)$
on peut calculer les intégral de cette fonction
$$\begin{align}\int_{0}^{\infty}\Ai{3,4}(x)dx&=\frac{1}{\pi}\int_{0}^{\infty}\!\int_{0}^{\infty}e^{-\frac{t^{4}}{4}}\cos(xt)dtdx\\
&=\frac{1}{\pi}\int_{0}^{\infty}\left(\left[e^{-\frac{t^{4}}{4}}\frac{\sin(xt)}{x}\right]_{0}^{\infty}+\int_{0}^{\infty}t^3e^{-\frac{t^{4}}{4}}\frac{\sin(xt)}{x}dt\right)dx\\
&=\frac{1}{\pi}\int_{0}^{\infty}\!t^3e^{-\frac{t^{4}}{4}}\int_{0}^{\infty}\frac{\sin(xt)}{x}dxdt\\
&=\frac{1}{2}\int_{0}^{\infty}\!t^3e^{-\frac{t^{4}}{4}}dt\\
&=\frac{1}{2}\end{align}$$
$\Ai{3,4}(x)$est une fonction paire donc si on l'intègre sur$\mathbb{R}$,sa va donner$1$
on peut aussi calculer la transformation de Mellin. cela donne
$$\int_{0}^{\infty}x^{s-1}\Ai{3,4}(x)dx=\frac{2^{3s/2}}{8\pi\sqrt{\pi}}\sin\left(\frac{s+1}{4}\pi\right)\Gamma\left(\frac{s}{4}\right)\Gamma\left(\frac{s+1}{4}\right)\Gamma\left(\frac{s+2}{4}\right)$$
on voit que sa ressemble beaucoup au fonction d'Airy général sauf le nombre de fonction gamma
on a aussi un point commun important qui est
$$\int_{-\infty}^{\infty}e^{-sx}\Ai{3,4}(x)dx=e^{-\frac{s^4}{4}}$$
$\Ai{3,4}(x)$est la fonction de G.Airy qu'on connait le mieux appart les cas facile
$$\begin{split}\Ai{4,5}(x)&=\frac{5^{1/5}}{5\pi}\cos\left(\frac{\pi}{10}\right)\Gamma\left(\frac{1}{5}\right)\j{4,5}{A}(x)+\frac{5^{2/5}}{5\pi}\sin\left(\frac{2\pi}{10}\right)\Gamma\left(\frac{2}{5}\right)\j{4,5}{B}(x)\\
&-\frac{5^{3/5}}{5\pi}\cos\left(\frac{3\pi}{10}\right)\Gamma\left(\frac{3}{5}\right)\j{4,5}{C}(x)-\frac{5^{4/5}}{5\pi}\sin\left(\frac{4\pi}{10}\right)\Gamma\left(\frac{4}{5}\right)\j{4,5}{D}(x)\end{split}$$
on voit que sa ne marche pas si bien que tout a l'heure
$\Ai{4,5}(x)$のグラフ
j'ai mis aussi un graphique écrit avec geogebra qui n'est pas très précis
j'ai conjecture que
$$\int_{-\infty}^{\infty}\Ai{4,5}(x)dx=1\,,\int_{0}^{\infty}\Ai{4,5}(x)dx=\frac{2}{5}\,,\int_{-\infty}^{0}\Ai{4,5}(x)dx=\frac{3}{5}$$
je n'ai pas réussi de le démontrer
$$\Ai{4,6}(x)=\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}\Gamma(5/6)\Gamma(4/6)}\j{4,6}{A}(x)-\frac{6^{1/6}}{\Gamma(3/6)\Gamma(2/6)}\j{4,6}{C}(x)$$
$$\Bi{4,6}(x)=\frac{1}{\sqrt{6}\Gamma(4/6)\Gamma(3/6)}\j{4,6}{B}(x)-\frac{2\cdot 6^{1/6}}{\Gamma(2/6)\Gamma(1/6)}\j{4,6}{D}(x)$$
$\Ai{4,6}(x)\,,\Bi{4,6}(x)$
la transformation de Mellin est
$$\int_{0}^{\infty}\!x^{s-1}\Ai{4,6}(x)dx=\frac{6^{2s/3}}{24\pi^2\sqrt{2\pi}}\left(2\cos\left(\frac{s-1}{3}\pi\right)+1\right)\Gamma\left(\frac{s}{6}\right)\Gamma\left(\frac{s+1}{6}\right)\Gamma\left(\frac{s+2}{6}\right)\Gamma\left(\frac{s+3}{6}\right) $$
$$\int_{0}^{\infty}\!x^{s-1}\Bi{4,6}(x)dx\!=\!\frac{6^{(2s-1)/3}}{24\pi^2\sqrt{2\pi}}\left(\sqrt{3}\sin\left(\frac{s\pi}{3}\right)-\cos\left(\frac{s\pi}{3}\right)+1\right)\Gamma\!\left(\frac{s}{6}\right)\Gamma\!\left(\frac{s+1}{6}\right)\Gamma\!\left(\frac{s+2}{6}\right)\Gamma\!\left(\frac{s+3}{6}\right) $$