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¿Están relacionadas la fórmula de Euler-Maclaurin y la fórmula de suma de Poisson?

El de Euler-Maclaurin fórmula, muy bien explicado aquí por Justin Rheinstadter se expresa como:

$$\sum_{i=m}^{n}f(i)=\int_{m}^nf(x)dx\;-\frac{1}{2}\left(f(n) - f(m)\right)\;+\sum_{k=1}^{p}\frac{B_{2k}}{(2k)!}\left(f^{2k-1}(n)-f^{2k-1}(m)\right)\;+f(n)$$

mientras que la sumación de Poisson fórmula es

$$\sum_{n\in \mathbb Z}f(n)=\sum_{n=-\infty}^{\infty}f(n)=\sum_{k=-\infty}^{\infty}\hat f(k)$$

donde $\hat f$ es la transformada de Fourier de $f$.

Este es el foco de mi interés, tratando de hacer algunas incursiones en esta otra pregunta. Por desgracia para los aficionados a la matemática curioso, hay una escasez de didáctica de videos en línea sobre este último tema, básicamente restringido a esta autoridad de Princeton video por Winston Ou con mucho ruido ambiente, pequeña escritura a mano, y hablándole en voz baja a la pizarra que es difícil de seguir, o esta horriblemente chillona de vídeo por Steven Miller (de lo contrario un muy atractivo profesor).

Yo estoy familiarizado con estas dos fórmulas para la primera vez, y me gustaría preguntar si hay motivación o las conexiones de práctica (suma de $m$ $n$en EMF frente a más de todos los números enteros en PSF), así como un poco de contexto para cada uno de ellos.

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Gudmundur Orn Puntos 853

Tanto el de Euler-Maclaurin de la fórmula de sumación de Poisson son ejemplos básicos de ideas más profundas. Pero en su núcleo, las ideas subyacentes son muy diferentes.

El de Euler-Maclaurin fórmula puede ser considerado como viene de la repetición de integración por partes, respecto a la inicial de la suma como un Rieman-Stieltjes integral $$ \sum f(n) = \int_a^b f(t) d \lfloor t \rfloor, $$ donde los términos constantes en el antiderivatives que aparecen en las integraciones por partes son elegidos para minimizar algunos de la cruz de error. Este resulta ser el mismo punto de vista como el de estimar el error esperado en un iterado compuesto de la regla trapezoidal para la estimación de la integral.

En su núcleo, de Euler-Maclaurin preocupaciones de la estimación de la diferencia entre la discreta y continua de sumas de una buena función $f(t)$. Para ello, existen generalizaciones a dimensiones superiores, y en particular a las funciones en polytopes. Ver este MO pregunta para más información sobre esta conexión, pero el tema sigue siendo que se estima un discretizado suma (que a menudo es bastante difícil de entender, pero más fácil de calcular) con un integrante (que a menudo es mucho más fácil entender las propiedades de, pero puede ser difícil llegar a calcular).

Muchos ejemplos de primaria y la teoría analítica de números de éxitos de Euler-Maclaurin fórmulas surgir de computación de alta precisión de las estimaciones de cantidades discretas de muy buen comportamiento de las funciones, tales como la computación $$ \sum \log n, \quad \sum \frac{1}{x}.$$ En estos casos, la suavidad de las propiedades de la función de $f$ son más fáciles de ver desde la integral.

Por el contrario, de Euler-Maclaurin fórmulas que se utilizan para dar de alta precisión de las estimaciones de las integrales en la norma numérica de los métodos de análisis, como discretos sumas con un error comprensible los términos computable y estimable. Tenga en cuenta que cuando la aproximación de una integral $\int_1^b f(x) dx$, el error viene en el formulario de alta de los derivados de la $f$, por lo que este todavía aprovecha la suavidad de las propiedades de $f$, pero de una manera diferente.


La sumación de Poisson es de naturaleza muy diferente. La sumación de Poisson preocupaciones de la serie de Fourier, o tal vez dijo más fundamentalmente, la transformada de Fourier. El subyacente de la gran imagen, se refiere a la estructura de $\mathbb{R}$$\mathbb{Z}$, y de cómo $\mathbb{Z}$ se comporta dentro de $\mathbb{R}$ como un subgrupo discreto.

Uno puede estudiar de sumación de Poisson para $\mathbb{Z}^n$ sentado dentro de $\mathbb{R}^n$ o, más en general, el grupo de cocientes. Llevando esto a un extremo conduce a la Selberg Traza de Fórmula (y, de hecho, uno puede ver directamente regulares de sumación de Poisson como un "trivial" de seguimiento de la fórmula. Este punto de vista es evidente en el capítulo introductorio de la Protuberancia del Automorphic Formas y Representaciones, como una forma de motivar a los eventuales progresos hacia la discusión de seguimiento de las fórmulas). Desde este punto de vista, es claro que la sumación de Poisson es fundamentalmente una consecuencia de la representación de la teoría de la información.

Aunque más de $\mathbb{R}/\mathbb{Z}$, esto se ve superficialmente similar a la integral de Euler-Maclaurin resumen, yo diría que las ideas subyacentes son sustancialmente diferentes.

4voto

Antoni Parellada Puntos 276

No me refiero a responder a esta pregunta... como en la prestación de "la respuesta", pero como yo estoy investigando el tema que estoy recopilando algunas interesantes pedazos y me gustaría recoger en el caso de no obtener una respuesta de alguien que realmente sabe de lo que habla... Así que...

A partir de los Métodos para la Suma de una Serie Infinita de Henrik Stenlund:

  1. El de Euler-Maclaurin de la fórmula es el método más importante para suma de una serie infinita. [...] Esta fórmula es un poco tedioso para el uso y la la cantidad de trabajo que depende de los derivados.

  2. La fórmula de Poisson no suele dar una respuesta inmediata pero es un transformar lo que permite que otros procedimientos a ser aplicados.


A partir de Una Invitación a la Moderna Teoría de números, Volumen 13 Por Steven J. Miller, Ramin Takloo-Bighash:

[Sumación de Poisson...] a menudo, esto se convierte en una larga, lenta descomposición de la suma de un corto, decayendo rápidamente.


De Euler–Maclaurin y Taylor Fórmulas: Doble, Primaria Derivaciones por Vito Lampret:

Por ejemplo, programas como Maple y Mathematica calcular sumas como $\displaystyle \sum_{k=1}^{1000^{1000}}1/k$ $\displaystyle \sum_{k=1}^\infty 1/k^3$ en el parpadeo de un ojo. ¿Cómo lo hacen? El Mathematica manual revela que Mathematica utiliza el famoso Euler-Maclaurin (E-M) de fórmula.


A partir de La Suma de las Fórmulas de Euler–Maclaurin, Abel–Plana, de Poisson, y de sus Interconexiones con el Muestreo Aproximada de la Fórmula de Análisis de la Señal:

Las implicaciones de ser establecidos en este documento, entre los assertionsof la suma de las fórmulas de Euler–Maclaurin (EMSF), Abel–Plana (APSF),Poisson (PSF) y el muestreo aproximada de la fórmula (ASF), están indicados por las flechas de la gráfica, en el

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La conclusión: Todas las fórmulas son equivalentes entre sí.


En la pregunta ¿Cómo utilizar la distribución de Poisson suma fórmula? Ben notas Verdes:

... ¿por qué no tiene en la mente para tratar de usar siempre que tenga una discreta cantidad de dinero que usted está teniendo problemas para estimar, especialmente si te apetece sus posibilidades de comprensión de la transformada de Fourier de los sumandos. Usted va a terminar con una suma diferente y podría ser mucho más fácil de comprender, y que incluso podría ser capaz de aproximarse a su primer suma por una integral $\hat f(0)$ en la sumación de Poisson de la fórmula).

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