From bfd6e3d56f2e91f81b42c811fbff62abc153724d Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: =?UTF-8?q?Andreas=20M=C3=BCller?= Date: Sat, 16 Oct 2021 10:09:16 +0200 Subject: new files --- buch/chapters/110-elliptisch/ellintegral.tex | 83 +++++++++++++++++++++++++++- 1 file changed, 81 insertions(+), 2 deletions(-) (limited to 'buch/chapters/110-elliptisch/ellintegral.tex') diff --git a/buch/chapters/110-elliptisch/ellintegral.tex b/buch/chapters/110-elliptisch/ellintegral.tex index 40ad416..7ac09ca 100644 --- a/buch/chapters/110-elliptisch/ellintegral.tex +++ b/buch/chapters/110-elliptisch/ellintegral.tex @@ -238,17 +238,96 @@ also $E(0)=\frac{\pi}2$. Für $\varepsilon=1$ ist $a=0$, es entsteht eine Strecke mit Länge $E(1)=1$. \subsubsection{Komplementäre Integrale} -XXX Komplementäre Integrale \\ \subsubsection{Ableitung} XXX Ableitung \\ XXX Stammfunktion \\ \subsection{Unvollständige elliptische Integrale} -XXX Vollständige und Unvollständige Integrale \\ +Die Funktionen $K(k)$ und $E(k)$ sind als bestimmte Integrale über ein +festes Intervall definiert. +Die {\em unvollständigen elliptischen Integrale} entstehen, indem die +\index{unvollständiges elliptisches Integral}% +obere Grenze des Integrals variabel wird: +\[ +\begin{aligned} +\text{1.~Art:}&& +F(x,k) +&= +\int_0^x \frac{dt}{\sqrt{(1-t^2)(1-k^2t^2)}} +&&= +\int_0^\varphi \frac{d\vartheta}{\sqrt{1-k^2\sin^2\vartheta}} +\\ +\text{2.~Art:}&& +E(x,k) +&= +\int_0^x \sqrt{\frac{1-k^2t^2}{1-t^2}}\,dt +&&= +\int_0^\varphi \sqrt{1-k^2\sin^2\vartheta}\,d\vartheta +\\ +\text{3.~Art:}&& +\Pi(n,x,k) +&= +\int_0^x \frac{dt}{(1-nt^2)\sqrt{(1-t^2)(1-k^2t^2)}} +&&= +\int_0^\varphi +\frac{d\vartheta}{(1-n\sin^2\vartheta)\sqrt{1-k^2\sin^2\vartheta}}, +\end{aligned} +\] +die erste Formel ist jeweils die Jacobi-Form, die zweite die Legrendre-Form +\index{Jacobi-Form}% +\index{Legendre-Form}% +mit dem Parameter $\varphi$, gegeben durch +$\sin \vartheta=x$. +Wie bei den vollständigen elliptischen Integralen ist auch hier in manchen +Referenzen die Parameterkonvention mit dem Parameter $m=k^2$ üblich. + +Die vollständigen elliptischen Integrale sind die Werte der +unvollständigen elliptischen Integrale mit $x=1$, also +\begin{align*} +K(k) &= F(1,k), +& +E(k) &= E(1,k), +& +\Pi(n,k) &=\Pi(n,x,k). +\end{align*} +Man beachte auch, dass $F(x,0) = E(x,0)$ gilt. + +\begin{figure} +\centering +\includegraphics{chapters/110-elliptisch/images/unvollstaendig.pdf} +\caption{Unvollständige elliptische Integrale $F(x,k)$ und $E(x,k)$ +für verschiedene Werte des Parameters $k$. +Für $k=0$ stimmen die Integrale erster und zweiter Art überein, +$F(x,0)=E(x,0)$. +\label{buch:elliptisch:fig:unvollstaendigeintegrale}} +\end{figure} +Wegen $k<1$ sind alle drei Integranden als reelle Funktionen nicht +mehr definiert, wenn $|x|>1$ ist. +Die Abbildung~\ref{buch:elliptisch:fig:unvollstaendigeintegrale} +zeigt Graphen der unvollständigen elliptischen Integrale für verschiedene +Werte des Parameters. + +\subsubsection{Symmetrieeigenschaften} +Die Integranden aller drei unvollständigen elliptischen Integrale +sind gerade Funktionen der reellen Variablen $t$. +Die Funktionen $F(x,k)$, $E(x,k)$ und $\Pi(n,x,k)$ sind daher +ungeraden Funktionen von $x$. + +\subsubsection{Elliptische Integrale als komplexe Funktionen} +Die unvollständigen elliptischen Integrale $F(x,k)$, $F(x,k)$ und $\Pi(n,x,k)$ +in Jacobi-Form lassen sich auch für komplexe Argumente interpretieren. +Dazu muss für die Berechnung des Integrals ein Pfad in der komplexen +Ebene gewählt werden, der die Singulariätten des Integranden vermeidet. + +Die Faktoren, die in den Integranden der unvollständigen elliptischen +Integrale vorkommen, haben Nullstellen bei $\pm1$, $\pm1/k$ und +$\pm 1/\sqrt{n}$ + XXX Additionstheoreme \\ XXX Parameterkonventionen \\ XXX Wertebereich (Rechtecke) \\ +XXX Komplementäre Integrale \\ \subsection{Potenzreihe} XXX Potenzreihen \\ -- cgit v1.2.1