1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

الرياضيات : التفاضل و التكامل :

Complete Elliptic Integral of the First Kind

المؤلف:  Abramowitz, M. and Stegun, I. A.

المصدر:  Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover, 1972.

الجزء والصفحة:  ...

25-4-2019

3344

Complete Elliptic Integral of the First Kind
EllipticKEllipticKReImEllipticKContours

The complete elliptic integral of the first kind K(k), illustrated above as a function of the elliptic modulus k, is defined by

K(k) = F(1/2pi,k)

(1)

= pi/2sum_(n=0)^(infty)[((2n-1)!!)/((2n)!!)]^2k^(2n)

(2)

= 1/2pi_2F_1(1/2,1/2;1;k^2)

(3)

where F(phi,k) is the incomplete elliptic integral of the first kind and  is the hypergeometric function.

It is implemented in the Wolfram Language as EllipticK[m], where m=k^2 is the parameter.

It satisfies the identity

 pi/(2sqrt(1-k^2))P_(-1/2)((1+k^2)/(1-k^2))=1/(sqrt(1-k^2))K(sqrt((k^2)/(k^2-1))),

(4)

where P_n(x) is a Legendre polynomial. This simplifies to

 pi/(2sqrt(1-k^2))P_(-1/2)((1+k^2)/(1-k^2))=K(k)

(5)

for all complex values of k except possibly for real k with |k|>1.

In addition, K(k) satisfies the identity

(6)

where  is the complementary modulus. Amazingly, this reduces to the beautiful form

(7)

for 0<k<=1/sqrt(2) (Watson 1908, 1939).

K(k) can be computed in closed form for special values of k=k_n, where k_n is a called an elliptic integral singular value. Other special values include

K(-iinfty) = 0

(8)

K(-infty) = 0

(9)

K(0) = 1/2pi

(10)

K(infty) = 0

(11)

K(iinfty) = 0.

(12)

K(ik) satisfies

 K(ik)=1/(sqrt(k^2+1))K(sqrt((k^2)/(k^2+1)))

(13)

possibly modulo issues of sqrt(k^2), which can be derived from equation 17.4.17 in Abramowitz and Stegun (1972, p. 593).

K(k) is related to the Jacobi elliptic functions through

 K(k)=1/2pitheta_3^2(q),

(14)

where the nome is defined by

(15)

with , where  is the complementary modulus.

K(k) satisfies the Legendre relation

(16)

where K(k) and E(k) are complete elliptic integrals of the first and second kinds, respectively, and  and are the complementary integrals. The modulus k is often suppressed for conciseness, so that K(k) and E(k) are often simply written K and E, respectively.

The integral  for complementary modulus is given by

(17)

(Whittaker and Watson 1990, p. 501), and

(dK)/(dk) = (E(k))/(k(1-k^2))-(K(k))/k

(18)

= kK(k)

(19)

(Whittaker and Watson 1990, p. 521), so

E(k) = k(1-k^2)[(dK)/(dk)+(K(k))/k]

(20)

= (1-k^2)[k(dK)/(dk)+K(k)]

(21)

(cf. Whittaker and Watson 1990, p. 521).

EllipticKODE

The solution to the differential equation

 d/(dk)[k(1-k^2)(dy)/(dk)]-ky=0

(22)

(Zwillinger 1997, p. 122; Gradshteyn and Ryzhik 2000, p. 907) is

(23)

where the two solutions are illustrated above and .

Definite integrals of K(k) include

int_0^1K(k)dk = 2K

(24)

int_0^1K(sqrt(k))dk = 2

(25)

int_0^1K(k^(1/4))dk = (20)/9

(26)

int_0^1(K(k^(1/4)))/(k^(1/4))dk = 4,

(27)

where K (not to be confused with K(k)) is Catalan's constant.


REFERENCES:

Abramowitz, M. and Stegun, I. A. (Eds.). Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover, 1972.

Gradshteyn, I. S. and Ryzhik, I. M. Tables of Integrals, Series, and Products, 6th ed. San Diego, CA: Academic Press, 2000.

Watson G. N. "The Expansion of Products of Hypergeometric Functions." Quart. J. Pure Appl. Math. 39, 27-51, 1907.

Watson G. N. "A Series for the Square of the Hypergeometric Function." Quart. J. Pure Appl. Math. 40, 46-57, 1908.

Watson, G. N. "Three Triple Integrals." Quart. J. Math., Oxford Ser. 2 10, 266-276, 1939.

Whittaker, E. T. and Watson, G. N. A Course in Modern Analysis, 4th ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, 1990.

Zwillinger, D. Handbook of Differential Equations, 3rd ed. Boston, MA: Academic Press, p. 122, 1997.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي