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path: root/buch/chapters/110-elliptisch
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authorAndreas Müller <andreas.mueller@ost.ch>2021-10-18 08:51:09 +0200
committerAndreas Müller <andreas.mueller@ost.ch>2021-10-18 08:51:09 +0200
commit24e0ebb5475b275af76900be4cbe5d7a8df0ef06 (patch)
tree0442a13a9c3b70e535f8c723e38b74f439029cc1 /buch/chapters/110-elliptisch
parentkomplementärmodul ergänzt (diff)
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SeminarSpezielleFunktionen-24e0ebb5475b275af76900be4cbe5d7a8df0ef06.zip
improve elliptic integrals
Diffstat (limited to 'buch/chapters/110-elliptisch')
-rw-r--r--buch/chapters/110-elliptisch/ellintegral.tex34
-rw-r--r--buch/chapters/110-elliptisch/images/rechteck.cpp53
-rw-r--r--buch/chapters/110-elliptisch/images/rechteck.pdfbin70950 -> 91630 bytes
3 files changed, 76 insertions, 11 deletions
diff --git a/buch/chapters/110-elliptisch/ellintegral.tex b/buch/chapters/110-elliptisch/ellintegral.tex
index 1bec096..86b6431 100644
--- a/buch/chapters/110-elliptisch/ellintegral.tex
+++ b/buch/chapters/110-elliptisch/ellintegral.tex
@@ -414,7 +414,7 @@ Die Ecken auf der reellen Achse liegen bei den reellen Koordinaten
\]
Für die Höhe muss das Integral
\begin{equation}
-l=\int_1^{\frac1{k}}
+l(\frac{1}{k})=\int_1^{\frac1{k}}
\frac{dt}{\sqrt{(t^2-1)(1-k^2t^2)}}
\label{buch:elliptisch:eqn:hoeheintegral}
\end{equation}
@@ -451,11 +451,20 @@ Mit der Ableitung
\frac{k'^2 y}{(1-k'^2y^2)^{\frac32}}
\]
der Substitution
-wird das Integral~\eqref{buch:elliptisch:eqn:hoeheintegral} jetzt zu
+wird das Integral~\eqref{buch:elliptisch:eqn:hoeheintegral} mit der
+oberen Grenze $x$ zu einem Integral mit oberer Grenze
+\[
+x^2 = \frac{1}{1-k'^2y_0^2}
+\quad\Rightarrow\quad
+y_0^2 = \frac{1}{k'^2}\biggl(1-\frac{1}{x^2}\biggr)
+\quad\Rightarrow\quad
+y_0=\frac{1}{k'}\sqrt{1-\frac{1}{x^2}}
+\]
+jetzt zu
\begin{align*}
-l
+l(x)
&=
-\int_0^1
+\int_0^{y_0}
\frac{1}{\sqrt{\frac{1}{1-k'^2y^2}-1}}
\cdot
\frac{1}{\sqrt{1-\frac{k^2}{1-k'^2y^2}}}
@@ -466,7 +475,7 @@ l
\,dy
\\
&=
-\int_0^1
+\int_0^{y_0}
\frac{\sqrt{1-k'^2y^2}}{\sqrt{k'^2y^2}}
\cdot
\frac{1}{\sqrt{1-k^2 -k'^2y^2}}
@@ -475,7 +484,7 @@ l
\,dy
\\
&=
-\int_0^1
+\int_0^{y_0}
\sqrt{1-k'^2y^2}
\cdot
\frac{1}{k'\sqrt{1-y^2}}
@@ -484,10 +493,19 @@ l
\,dy
\\
&=
-\int_0^1 \frac{dy}{\sqrt{(1-y^2)(1-k'^2y^2)}}
+\int_0^{y_0} \frac{dy}{\sqrt{(1-y^2)(1-k'^2y^2)}}
=
-K(k').
+F(y_0,k')
\end{align*}
+Die gesuchte Höhe des Rechtecks ergibt sich für die obere Grenze $\frac1k$.
+In diesem Fall ist
+\[
+y_0
+=
+\frac{1}{k'}\sqrt{1-k^2} = 1
+\]
+und das unvollständig elliptische Integral wird zum vollständigen
+elliptischen Integral $K(k')$.
Die Höhe des Rechtecks des Wertebereichs der oberen Halbebene ist
als der Wert des vollständigen elliptischen Integrals erster Art
für den Komplementärmodul.
diff --git a/buch/chapters/110-elliptisch/images/rechteck.cpp b/buch/chapters/110-elliptisch/images/rechteck.cpp
index 3ece11c..c3f6f1b 100644
--- a/buch/chapters/110-elliptisch/images/rechteck.cpp
+++ b/buch/chapters/110-elliptisch/images/rechteck.cpp
@@ -243,6 +243,7 @@ void curvedrawer::operator()(const curvetracer::curve_t& curve) {
static struct option longopts[] = {
{ "outfile", required_argument, NULL, 'o' },
{ "k", required_argument, NULL, 'k' },
+{ "deltax", required_argument, NULL, 'd' },
{ NULL, 0, NULL, 0 }
};
@@ -250,13 +251,18 @@ static struct option longopts[] = {
* \brief Main function
*/
int main(int argc, char *argv[]) {
- double k = 0.6;
+ double k = 0.625;
+ double deltax = 0.2;
int c;
int longindex;
std::string outfilename;
- while (EOF != (c = getopt_long(argc, argv, "o:k:", longopts, &longindex)))
+ while (EOF != (c = getopt_long(argc, argv, "o:k:d:", longopts,
+ &longindex)))
switch (c) {
+ case 'd':
+ deltax = std::stod(optarg);
+ break;
case 'o':
outfilename = std::string(optarg);
break;
@@ -296,7 +302,7 @@ int main(int argc, char *argv[]) {
// "circles"
std::complex<double> dir(0.01, 0);
- for (double im = 0.2; im < 3; im += 0.2) {
+ for (double im = deltax; im < 3; im += deltax) {
std::complex<double> startz(0, im);
std::complex<double> startw = ct.startpoint(startz);
curvetracer::curve_t curve = ct.trace(startz, dir,
@@ -345,7 +351,28 @@ int main(int argc, char *argv[]) {
(*cdp)(curvetracer::mirrory(curve));
}
+ // arguments between 1 and 1/k
+ {
+ for (double x0 = 1 + deltax; x0 < 1/k; x0 += deltax) {
+ double y0 = sqrt(1-1/(x0*x0))/kprime;
+ //std::cout << "y0 = " << y0 << std::endl;
+ double y = gsl_sf_ellint_F(asin(y0), kprime,
+ GSL_PREC_DOUBLE);
+ std::complex<double> startz(x0);
+ std::complex<double> startw(xmax, y);
+ curvetracer::curve_t curve = ct.trace(startz, dir,
+ startw, 1000);
+ cdp->color("red");
+ (*cdp)(curve);
+ (*cdp)(curvetracer::mirrorx(curve));
+ cdp->color("blue");
+ (*cdp)(curvetracer::mirror(curve));
+ (*cdp)(curvetracer::mirrory(curve));
+ }
+ }
+
// argument 1/k
+#if 0
{
std::complex<double> startz(1/k);
std::complex<double> startw(xmax, ymax);
@@ -358,6 +385,26 @@ int main(int argc, char *argv[]) {
(*cdp)(curvetracer::mirror(curve));
(*cdp)(curvetracer::mirrory(curve));
}
+#endif
+
+ // arguments larger than 1/k
+ {
+ double x0 = 1;
+ while (x0 <= 1/k + 0.0001) { x0 += deltax; }
+ for (; x0 < 4; x0 += deltax) {
+ std::complex<double> startz(x0);
+ std::complex<double> startw(gsl_sf_ellint_F(
+ asin(1/(k*x0)), k, GSL_PREC_DOUBLE), ymax);
+ curvetracer::curve_t curve = ct.trace(startz, dir,
+ startw, 1000);
+ cdp->color("red");
+ (*cdp)(curve);
+ (*cdp)(curvetracer::mirrorx(curve));
+ cdp->color("blue");
+ (*cdp)(curvetracer::mirror(curve));
+ (*cdp)(curvetracer::mirrory(curve));
+ }
+ }
// border
(*cdp->out()) << "\\def\\xmax{" << xmax << "}" << std::endl;
diff --git a/buch/chapters/110-elliptisch/images/rechteck.pdf b/buch/chapters/110-elliptisch/images/rechteck.pdf
index 5fa07cb..845a550 100644
--- a/buch/chapters/110-elliptisch/images/rechteck.pdf
+++ b/buch/chapters/110-elliptisch/images/rechteck.pdf
Binary files differ