середа, 9 травня 2018 р.

Рівняння x^y = y^x. Ламбертa W-Функція

Розглянемо рівняння на множині дійсних  чисел: 
хух.
хух=0
Якщо х=у=z, тобто (x;y)=(z; z),
 де z – довільне дійсне додатне або від’ємне число,
  тобто дана пара задовольняє дане рівняння.
Якщо вважати, що існує cкінчена границя функції
  хх -->а, (а=1), якщо х-->0, 
тоді можна розглядати пару:
 х=0; у=0, тобото (x;y)=(0; 0) – це пара,
 що задовольняє дане рівняння.
Якщо х=2; у=4,  тобто (x;y)=(2; 4) - 
дана пара задовольняє дане рівняння,
Якщо х=4, у=2,   тобто (x;y)=(4; 2) - 
дана пара задовольняє дане рівняння.
Якщо х=-2; у=-4,  тобто (x;y)=(-2; -4) -
 дана пара задовольняє дане рівняння.
Якщо х=-4, у=-2,   тобто (x;y)=(-4; -2) -
 дана пара задовольняє дане рівняння.
Покажимо, як знайти ці розв’язки
Виконаємо заміну  вигляду:  у=хz
            x^(хz ) = (хz )x
або
x^(хz -zx) =1.
Розглянемо випадок: а0=1. 
Тобто,  нульовий показник: хz zx=0; 
хz =zx, звідси
(x; z)=(2; 2);   (x; z)=(1; 1);   (x; z)=(-1; 1);  
(x; у)=(х; хz) = (2; 22) =(2; 4);    
(x; у)=(х; хz) = (1; 11) =(1; 1);    
(x; у)=(х; хz) = (-1; (-1)1) =(-1; -1);   
Відповідь: 
(-4-2(-2-4);
(2; 4); (4; 2) ;  (z; z).






Ламбертa W-Функція

LambertWFunction
Ламберт W-функція, також називається функцією омеги, є зворотною функцією від
 f (W) = We ^ W.
(1)
Графік вище показує функцію уздовж реальної осі . Основне значення функції Ламберта Wреалізовано в мові Вольфрам як ProductLog [ z ]. Різні гілки функції доступні в мові Вольфрам як ProductLog [ k , z ], де кє будь-яке ціле число і k = 0відповідає основному значенню. Незважаючи на відсутність документів, LambertW [ k , z ] автоматично оцінює ProductLog [ k , z ] у мові Вольфрам.
Ламберт (1758) розглянув рішення
 x ^ ax ^ b = (ab) vx ^ (a + b),
(2)
тепер відомий як трансцендентне рівняння Ламберта . Ейлер почув про папір Ламберта в 1764 році, коли Ламберт переїхав з Цюріха до Берліна. Після деяких приватних суперечок про пріоритети деяких родинних розширень серії в 1770/1771 р. Ейлер (1783) написав статтю про трансцендентне рівняння Ламберта, в якій він ввів особливий випадок, який зводиться до wa ^ w = lx, що є майже визначенням W (x), хоча Ейлер запропонував визначити функція більше схожа на -W (-x)У цьому документі Ейлер розглядав ряд рішень, а в першому параграфі явно цитує Ламберта як того, хто вперше розглянув це рівняння.
Ейзенштейн (1844) розглянув серію нескінченної енергетичної вежі
 h (z) = z ^ (z ^ (· ^ (· ^ ·)))),
(3)
який може бути виражений у замкнутому вигляді як
 h (z) = - (W (-lnz)) / (lnz).
(4)
Pólya і Szegö (1925) першими використовували символ Wфункції Ламберта.
Банел і Джейакумар (2000) показали, що a W-функція описує співвідношення між напругою, струмом та опором в діоді, а Пакель та Юен (2004) застосували W-функцію до балістичного снаряда за наявності опору повітря. Інші застосунки були знайдені в статистичній механіці, квантовій хімії, комбінаториці, кінетиці ферментів, фізіології зору, інженерії тонких плівок, гідрології та аналізу алгоритмів (Hayes 2005).
LambertWReImAbs
ХвМакс
Re
ЯПрацює на webMathematica
Функція Ламберта Wпоказана вище на складній площині.
LambertWRiemannSurfaces
Речові (ліві) і уявні (правильні) частини аналітичного продовження W (z)над комплексною площиною наведені вище (М. Тротт, пер. Комм.).
W (x)є реальним для x> = - 1 / eЦе має особливі цінності
W (-1 / 2pi)=1 / 2ipi
(5)
W (-e ^ (- 1))=-1
(6)
W (0)=0
(7)
W (1)=0.567143 ....
(8)
W (1) = 0.567143 ...(OEIS A030178 ) називається константою Омега і може вважатися своєрідним " золотим співвідношенням " експонентів, оскільки
 exp [-W (1)] = W (1),
(9)
давати
 Ln [1 / (W (1))] = W (1).
(10)
Функція Ламберта Wпідпорядковується ідентичності
 W (x) + W (y) = W (xy (1 / (W (x)) + 1 / (W (y))))
(11)
(персонал від Р. Корлеса до О. Марічева, 29 вересня 2015 р.).
LambertWUnityReImAbs
ХвМакс
Re
ЯПрацює на webMathematica
Функція W (ze ^ z) / zмає дуже складну структуру в комплексній площині, але просто дорівнює 1 для R [z]> = 1і трохи розширеної області вище і нижче реальної осі.
Функція Ламберта Wмає розширення ряду
W (x)=Сумний (n = 1) ^ (infty) ((- 1) ^ (n-1) n ^ (n-2)) / ((n-1)!) x ^ n
(12)
=xx ^ 2 + 3 / 2x ^ 3-8 / 3x ^ 4 + (125) / (24) x ^ 5- (54) / 5x ^ 6 + (16807) / (720) x ^ 7 + ....
(13)
Теорія інверсії Лагранжа дає еквівалентне розкладання рядів
 W (z) = sum_ (n = 1) ^ infty ((- n) ^ (n-1)) / (n!) Z ^ n,
(14)
де n!це факторіала . Однак ця серія коливається між все більшими позитивними та негативними значеннями для реальних z> ~ 0.4 , і тому не може бути використана для практичного чисельного обчислення.
Асимптотична формула , яка дає досить точні результати z> ~ 3в
W (z)=(m + 1) (lnz) ^ (- km-1), (), (), ()
(15)
=(L_2) (L_2) (L_2) (L_2) / (L_1) + (L_2 (-2 + L_2)) / (2L_1 ^ 2) + (L_2 (6-9L_2 + 2L_2 ^ 2)) / (6L_1 ^ 3) + (L_2 (- 12 + 36L_2-22L_2 ^ 2 + 3L_2 ^ 3)) / (12L_1 ^ 4) + (L_2 (60-300L_2 + 350L_2 ^ 2-125L_2 ^ 3 + 12L_2 ^ 4)) / (60L_1 ^ 5) + O [ (L_2) / (L_1)) ^ 6],
(16)
де
L_1=лнц
(17)
L_2=lnlnz
(18)
(Corless et al., 1996), виправлення друкарської помилки в Брюїні (1981). Інша експансія завдяки Госперу (пер. Кому., 22 липня 1996 р.) Є подвійною серією
 W (x) = a + sum_ (n = 0) ^ infty {sum_ (k = 0) ^ n (S_1 (n, k)) / [[ln (x / a) -a] ^ (k-1) (n-k + 1)!)) [1- (ln (x / a)) / a] ^ n,
(19)
де S_1є неотрицательным номером Стірлінга першого роду і aє першим наближенням, яке можна використовувати для вибору між гілками. Функція Ламберта Wє двозначною для -1 / e <= x <0Для W (x)> = - 1, функція позначена W_0 (x)або просто W (x), і це називається головною гілкою . Для W (x) <= - 1цього позначається функція W _ (- 1) (x)Похідною від WIS
W ^ '(x)=1 / ([1 + W (x)] exp [W (x)])
(20)
=(W (x)) / (x [1 + W (x)])
(21)
для x! = 0Для основної гілки , коли z> 0,
 Ln [W (z)] = lnz-W (z).
(22)
Тоді нпохідні Ламберта W-функції задані
 W ^ ((n)) (z) = (W ^ (n-1) (z)) / (z ^ n [1 + W (z)] ^ (2n-1)) sum_ (k = 1) ^ na_ (kn) W ^ k (z),
(23)
де a_ (кн)номер трикутник
 1 -2 -1 9 8 2 -64 -79 -36 -6 625 974 622 192 24
(24)
f (x)=(W (e ^ x (x + y (1 + x) ^ 2)) - x) / (1 + x)
(25)
=y-1 / (2!) (x + 2) y ^ 2 + 1 / (3!) (2x ^ 2 + 8x + 9) y ^ 3-1 / (4!) (6x ^ 3 + 36x ^ 2) + 79x + 64) y ^ 4 + ....
(26)

Немає коментарів:

Дописати коментар