المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية
{افان مات او قتل انقلبتم على اعقابكم}
2024-11-24
العبرة من السابقين
2024-11-24
تدارك الذنوب
2024-11-24
الإصرار على الذنب
2024-11-24
معنى قوله تعالى زين للناس حب الشهوات من النساء
2024-11-24
مسألتان في طلب المغفرة من الله
2024-11-24


Erf  
  
3286   01:44 صباحاً   date: 28-4-2019
Author : Abramowitz, M. and Stegun, I. A.
Book or Source : "Error Function and Fresnel Integrals." Ch. 7 in Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New...
Page and Part : ...


Read More
Date: 12-10-2019 1477
Date: 21-7-2019 3101
Date: 25-8-2018 1606

Erf

 Erf

erf(z) is the "error function" encountered in integrating the normal distribution (which is a normalized form of the Gaussian function). It is an entire functiondefined by

 erf(z)=2/(sqrt(pi))int_0^ze^(-t^2)dt.

(1)

Note that some authors (e.g., Whittaker and Watson 1990, p. 341) define erf(z) without the leading factor of 2/sqrt(pi).

Erf is implemented in the Wolfram Language as Erf[z]. A two-argument form giving erf(z_1)-erf(z_0) is also implemented as Erf[z0z1].

Erf satisfies the identities

erf(z) = 1-erfc(z)

(2)

= (2z)/(sqrt(pi))_1F_1(1/2;3/2;-z^2)

(3)

= (2ze^(-z^2))/(sqrt(pi))_1F_1(1;3/2;z^2),

(4)

where erfc(z) is erfc, the complementary error function, and _1F_1(a;b;z) is a confluent hypergeometric function of the first kind. For z>0,

 erf(z)=pi^(-1/2)gamma(1/2,z^2),

(5)

where gamma(a,x) is the incomplete gamma function.

Erf can also be defined as a Maclaurin series

erf(z) = 2/(sqrt(pi))sum_(n=0)^(infty)((-1)^nz^(2n+1))/(n!(2n+1))

(6)

= 2/(sqrt(pi))(z-1/3z^3+1/(10)z^5-1/(42)z^7+1/(216)z^9+...)

(7)

(OEIS A007680). Similarly,

 erf^2(z)=4/pi(z^2-2/3z^4+(14)/(45)z^6-4/(35)z^8+(166)/(4725)z^(10)+...)

(8)

(OEIS A103979 and A103980).

For x<<1erf(x) may be computed from

erf(x) = 1/(sqrt(pi))e^(-x^2)sum_(n=0)^(infty)((2x)^(2n+1))/((2n+1)!!)

(9)

= 2/(sqrt(pi))e^(-x^2)[x+(2x^3)/(1·3)+(4x^5)/(1·3·5)+...]

(10)

(OEIS A000079 and A001147; Acton 1990).

For x>>1,

erf(x) = 2/(sqrt(pi))(int_0^inftye^(-t^2)dt-int_x^inftye^(-t^2)dt)

(11)

= 1-2/(sqrt(pi))int_x^inftye^(-t^2)dt.

(12)

Using integration by parts gives

int_x^inftye^(-t^2)dt = -1/2int_x^infty1/td(e^(-t^2))

(13)

= -1/2[(e^(-t^2))/t]_x^infty-1/2int_x^infty(e^(-t^2)dt)/(t^2)

(14)

= (e^(-x^2))/(2x)+1/4int_x^infty1/(t^3)d(e^(-t^2))

(15)

= (e^(-x^2))/(2x)-(e^(-x^2))/(4x^3)-...,

(16)

so

 erf(x)=1-(e^(-x^2))/(sqrt(pi)x)(1-1/(2x^2)-...)

(17)

and continuing the procedure gives the asymptotic series

erf(x) ∼ 1-(e^(-x^2))/(sqrt(pi))sum_(n=0)^(infty)((-1)^n(2n-1)!!)/(2^n)x^(-(2n+1))

(18)

∼ 1-(e^(-x^2))/(sqrt(pi))(x^(-1)-1/2x^(-3)+3/4x^(-5)-(15)/8x^(-7)

(19)

 +(105)/(16)x^(-9)+...)

(20)

(OEIS A001147 and A000079).

Erf has the values

erf(0) = 0

(21)

erf(infty) = 1.

(22)

It is an odd function

 erf(-z)=-erf(z),

(23)

and satisfies

 erf(z)+erfc(z)=1.

(24)

Erf may be expressed in terms of a confluent hypergeometric function of the first kind M as

erf(z) = (2z)/(sqrt(pi))M(1/2,3/2,-z^2)

(25)

= (2z)/(sqrt(pi))e^(-z^2)M(1,3/2,z^2).

(26)

Its derivative is

 (d^n)/(dz^n)erf(z)=(-1)^(n-1)2/(sqrt(pi))H_(n-1)(z)e^(-z^2),

(27)

where H_n is a Hermite polynomial. The first derivative is

 d/(dz)erf(z)=2/(sqrt(pi))e^(-z^2),

(28)

and the integral is

 interf(z)dz=zerf(z)+(e^(-z^2))/(sqrt(pi)).

(29)

ErfReImAbs
 
 
  Min   Max    
  Re    
  Im      

Erf can also be extended to the complex plane, as illustrated above.

A simple integral involving erf that Wolfram Language cannot do is given by

 int_0^pe^(-x^2)erf(p-x)dx=1/2sqrt(pi)[erf(1/2sqrt(2)p)]^2

(30)

(M. R. D'Orsogna, pers. comm., May 9, 2004). More complicated integrals include

 int_0^infty(e^(-(p+x)y))/(pi(p+x))sin(asqrt(x))dx=-sinh(asqrt(p)) 
 +(e^(-asqrt(p)))/2erf(a/(2sqrt(y))-sqrt(py))+(e^(asqrt(p)))/2erf(a/(2sqrt(y))+sqrt(py)) 
int_0^infty(sqrt(x)e^(-(p+x)y))/(pi(p+x))cos(asqrt(x))dx=(e^(-[py+a^2/(4y)]))/(sqrt(piy))+sqrt(p)[-cosh(asqrt(p))-(e^(-asqrt(p)))/2erf(a/(2sqrt(y))-sqrt(py))+(e^(asqrt(p)))/2erf(a/(2sqrt(y))+sqrt(py))]

(31)

(M. R. D'Orsogna, pers. comm., Dec. 15, 2005).

Erf has the continued fraction

int_0^xe^(-t^2)dt = 1/2sqrt(pi)erf(x)

(32)

= 1/2sqrt(pi)-(1/2e^(-x^2))/(x+1/(2x+2/(x+3/(2x+4/(x+...)))))

(33)

(Wall 1948, p. 357), first stated by Laplace in 1805 and Legendre in 1826 (Olds 1963, p. 139), proved by Jacobi, and rediscovered by Ramanujan (Watson 1928; Hardy 1999, pp. 8-9).

Definite integrals involving erf(x) include Definite integrals involving erf(x) include

int_0^inftye^(-px^2)erf(ax)erf(bx)dx = 1/(sqrt(pip))tan^(-1)((ab)/(sqrt(p(a^2+b^2+p))))

(34)

int_0^inftyxe^(-px^2)erf(ax)erf(bx)erf(cx)dx = 1/(pip)[a/(sqrt(a^2+p))tan^(-1)((bc)/(sqrt((a^2+b^2+c^2+p)(a^2+p))))+b/(sqrt(b^2+p))tan^(-1)((ac)/(sqrt((a^2+b^2+c^2+p)(b^2+p))))+c/(sqrt(c^2+p))tan^(-1)((ab)/(sqrt((a^2+b^2+c^2+p)(c^2+p))))]

(35)

int_0^inftye^(-x)erf(sqrt(x))dx = 1/2sqrt(2)

(36)

int_0^inftye^(-x)erf^2(sqrt(x))dx = (2sqrt(2)cot^(-1)(sqrt(2)))/pi

(37)

int_0^inftye^(-x)erf^3(sqrt(x))dx = (3sqrt(2)cot^(-1)(2sqrt(2)))/pi.

(38)

The first two of these appear in Prudnikov et al. (1990, p. 123, eqns. 2.8.19.8 and 2.8.19.11), with R[p]>0|arg(a)|,|argb|,|argc|<pi/4.

A complex generalization of erf(x) is defined as

w(z) = e^(-z^2)erfc(-iz)

(39)

= e^(-z^2)(1+(2i)/(sqrt(pi))int_0^ze^(t^2)dt).

(40)

Integral representations valid only in the upper half-plane I[z]>0 are given by

w(z) = i/piint_(-infty)^infty(e^(-t^2))/(z-t)dt

(41)

= (2iz)/piint_0^infty(e^(-t^2))/(z^2-t^2)dt.

(42)

 


REFERENCES:

Abramowitz, M. and Stegun, I. A. (Eds.). "Error Function and Fresnel Integrals." Ch. 7 in Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover, pp. 297-309, 1972.

Acton, F. S. Numerical Methods That Work, 2nd printing. Washington, DC: Math. Assoc. Amer., p. 16, 1990.

Arfken, G. Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, pp. 568-569, 1985.

Hardy, G. H. Ramanujan: Twelve Lectures on Subjects Suggested by His Life and Work, 3rd ed. New York: Chelsea, 1999.

Havil, J. Gamma: Exploring Euler's Constant. Princeton, NJ: Princeton University Press, p. 105, 2003.

Olds, C. D. Continued Fractions. New York: Random House, 1963.

Prudnikov, A. P.; Brychkov, Yu. A.; and Marichev, O. I. Integrals and Series, Vol. 2: Special Functions. New York: Gordon and Breach, 1990.

Sloane, N. J. A. Sequences A000079/M1129, A001147/M3002, A007680/M2861, A103979, A103980 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

Spanier, J. and Oldham, K. B. "The Error Function erf(x) and Its Complement erfc(x)." Ch. 40 in An Atlas of Functions. Washington, DC: Hemisphere, pp. 385-393, 1987.

Wall, H. S. Analytic Theory of Continued Fractions. New York: Chelsea, 1948.

Watson, G. N. "Theorems Stated by Ramanujan (IV): Theorems on Approximate Integration and Summation of Series." J. London Math. Soc. 3, 282-289, 1928.

Whittaker, E. T. and Robinson, G. "The Error Function." §92 in The Calculus of Observations: A Treatise on Numerical Mathematics, 4th ed. New York: Dover, pp. 179-182, 1967.

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




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.