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
Mathieu Function
المؤلف:
Abramowitz, M. and Stegun, I. A.
المصدر:
"Mathieu Functions." Ch. 20 in Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover
الجزء والصفحة:
...
26-6-2019
3086
The Mathieu functions are the solutions to the Mathieu differential equation
![]() |
(1) |
Even solutions are denoted and odd solutions by
. These are returned by the Wolfram Language functions MathieuC[a, q, z] and MathieuS[a, q, z], respectively. Similarly, their derivatives are implemented as MathieuCPrime[a, q, z] and MathieuSPrime[a, q, z].
These functions appear in physical problems involving elliptical shapes or periodic potentials, and were first introduced by Mathieu (1868) when analyzing the motion of elliptical membranes. Unfortunately, the analytic determination of Mathieu functions "presents great difficulties" (Whittaker 1914, Frenkel and Portugal 2001), and they are difficult to employ, "mainly because of the impossibility of analytically representing them in a simple and handy way" (Sips 1949, Frenkel and Portugal 2001).
The Mathieu functions have the special values
![]() |
![]() |
![]() |
(2) |
![]() |
![]() |
![]() |
(3) |
For nonzero , the Mathieu functions are only periodic in
for certain values of
. Such characteristic values are given by the Wolfram Language functions MathieuCharacteristicA[r, q] and MathieuCharacteristicB[r, q] with
an integer or rational number. These values are often denoted
and
. In general, both
and
are multivalued functions with very complicated branch cut structures. Unfortunately, there is no general agreement on how to define the branch cuts. As a result, the Wolfram Language's implementation simply picks a convenient sheet.
![]() |
![]() |
For integer , the even and odd Mathieu functions with characteristic values
and
are often denoted
and
, known as the elliptic cosine and elliptic sine functions, respectively (Abramowitz and Stegun 1972, p. 725; Frenkel and Portugal 2001). The left plot above shows
for
, 1, ..., 4 and the right plot shows
for
, ..., 4.
Whittaker and Watson (1990, p. 405) define the Mathieu function based on the equation
![]() |
(4) |
This equation is closely related to Hill's differential equation. For an even Mathieu function,
![]() |
(5) |
where . For an odd Mathieu function,
![]() |
(6) |
Both even and odd functions satisfy
![]() |
(7) |
Letting transforms the Mathieu differential equation to
![]() |
(8) |
REFERENCES:
Abramowitz, M. and Stegun, I. A. (Eds.). "Mathieu Functions." Ch. 20 in Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover, pp. 721-746, 1972.
Blanch, G. "Asymptotic Expansion for the Odd Periodic Mathieu Functions." Trans. Amer. Math. Soc. 97, 357-366, 1960.
Dingle, R. B. and Müller, H. J. W. "Asymptotic Expansions of Mathieu Functions and Their Characteristic Numbers." J. reine angew. Math. 211, 11-32, 1962.
Frenkel, D. and Portugal, R. "Algebraic Methods to Compute Mathieu Functions." J. Phys. A: Math. Gen. 34, 3541-3551, 2001.
Gradshteyn, I. S. and Ryzhik, I. M. "Mathieu Functions." §6.9 and 8.6 in Tables of Integrals, Series, and Products, 6th ed. San Diego, CA: Academic Press, pp. 800-804 and 1006-1013, 2000.
Humbert, P. Fonctions de Lamé et Fonctions de Mathieu. Paris: Gauthier-Villars, 1926.
Mathieu, É. "Mémoire sur le mouvement vibratoire d'une membrane de forme elliptique." J. math. pure appl. 13, 137-203, 1868.
McLachlan, N. W. Theory and Applications of Mathieu Functions. New York: Dover, 1964.
Mechel, F. P. Mathieu Functions: Formulas, Generation, Use. Stuttgart, Germany: Hirzel, 1997.
Meixner, J. and Schäfke, F. W. Mathieusche Funktionen und Sphäroidfunktionen. Berlin: Springer-Verlag, 1954.
Morse, P. M. and Feshbach, H. Methods of Theoretical Physics, Part I. New York: McGraw-Hill, pp. 562-568 and 633-642, 1953.
Rubin, H. "Anecdote on Power Series Expansions of Mathieu Functions." J. Math. Phys. 43, 339-341, 1964.
Sips, R. "Représentation asymptotique des fonctions de Mathieu et des fonctions d'onde sphéroidales." Trans. Amer. Math. Soc. 66, 93-134, 1949.
Whittaker, E. T. "On the General Solution of Mathieu's Equation." Proc. Edinburgh Math. Soc. 32, 75-80, 1914.
Whittaker, E. T. and Watson, G. N. A Course in Modern Analysis, 4th ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, 1990.