Clausen-Funktion

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Zur Navigation springen Zur Suche springen
Graph der Clausen-Funktion (rot) und (grün)

In der Mathematik ist die Clausen-Funktion (nach Thomas Clausen) durch das folgende Integral definiert:

Allgemeine Definition

[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Allgemeiner definiert man für komplexe mit :

Diese Definition kann auf der gesamten komplexen Ebene analytisch fortgesetzt werden.

Verallgemeinerte Definition

[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Beispiele von Glaisher-Clausen-Funktionen im Intervall .
Beispiele von Standard-Clausen-Funktionen im Intervall .

Eine verallgemeinerte Definition der Clausen-Funktionen für lautet:

[1]

Clausen-Funktionen der Form sind Glaisher-Clausen-Funktionen (nach James Whitbread Lee Glaisher) und sind Standard-Clausen-Funktionen.

Beziehung zum Polylogarithmus

[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Clausen-Funktion steht in Beziehung zum Polylogarithmus:

.

Kummers Beziehung

[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ernst Kummer und Rogers führen folgende für gültige Beziehung an:

Beziehung zu den Dirichlet L-Funktionen

[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für rationale Werte von kann die Funktion als periodischer Orbit eines Elementes einer zyklischen Gruppe aufgefasst werden. Folglich kann als einfache Summe aufgefasst werden, welche die hurwitzsche Zeta-Funktion beinhaltet. Das erlaubt es, Beziehungen zwischen bestimmten dirichletschen L-Funktionen einfach zu berechnen.

Die Clausen-Funktion als eine Regularisierungs-Methode

[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Clausen-Funktion kann auch als Methode betrachtet werden, um folgenden divergenten Fourier-Reihen eine Bedeutung zu geben:

was mit bezeichnet werden kann. Durch Integration erhält man:

Dieses Ergebnis kann durch analytische Fortsetzung für alle negativen verallgemeinert werden.

Reihenentwicklung

[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eine Reihenentwicklung für die Clausen-Funktion (für ) ist

ist dabei die riemannsche Zeta-Funktion. Eine schneller konvergierende Reihe ist

Die Konvergenz wird dadurch sichergestellt, dass für große schnell gegen 0 konvergiert.

Spezielle Werte

[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Allgemeine Spezielle Fälle

[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einige Spezialfälle sind gegeben durch:[2]

(für )

Weitere Spezialfälle sind:

wobei der Polylogarithmus ist,

für wobei das Arkustangensintegral ist,

wobei Barnessche G-Funktion und die Gammafunktion ist,

[3],

wobei der verallgemeinerte Logsinus ist

wobei die dirichletsche Beta-Funktion ist.

Spezifische Fälle

[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einige spezielle Werte sind:

,
,
,
,
,
und

wobei K die catalansche Konstante ist.

  • Leonard Lewin (Hrsg.): Structural Properties of Polylogarithms. American Mathematical Society, Providence (RI) 1991, ISBN 0-8218-4532-2 (englisch).
  • Jonathan M. Borwein, David M. Bradley, Richard E. Crandall: Computational Strategies for the Riemann Zeta Function. In: J. Comp. App. Math. Band 121, 2000, S. 11 (englisch, maths.ex.ac.uk [PDF; 526 kB]).

Einzelnachweise

[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
  1. Eric W. Weisstein: Clausen Function. Abgerufen am 15. Februar 2023 (englisch).
  2. Eric W. Weisstein: Clausen Function. Abgerufen am 15. Februar 2023 (englisch).
  3. Eric W. Weisstein: Log Sine Function. Abgerufen am 15. Februar 2023 (englisch).