2 votos

Límite en Z grande de la *otra* segunda derivada del polinomio de Laguerre

Estoy tratando de encontrar el comportamiento asintótico de la segunda derivada de la Polinomio de Laguerre (más precisamente, la función analítica asociada), $\frac{\partial}{\partial n^2}L_{n}(z)$ , como $z\to -\infty$ , en $n = -1$ . Una fórmula explícita válida para al menos $z<0$ sería genial, pero es el comportamiento asintótico lo que me preocupa especialmente.

He conseguido reducirlo a

$$\frac{\partial}{\partial n^2}L_{n}(z)\biggr|_{n=-1} = \sum_{k=1}^{\infty} \biggl[-\frac{\pi^2}{6} + \psi'(k + 1) + H_k^2\biggr] \frac{z^k}{k!}$$

donde $\psi'(z) = \frac{\partial^2}{\partial z^2}\ln\Gamma(z)$ es la función poligama y $H_k = \sum_{i=1}^{k} \frac{1}{k}$ es un número armónico.

Es evidente que sumando el primer término de los tres se obtiene $-\frac{\pi^2}{6}e^z$ . Creo que esto es válido, dado que la suma de ese término por sí misma es convergente y finita para todo finito $z$ . (¿verdad?)

¿Hay fórmulas conocidas para los otros dos términos de la derecha? Alguna forma de simplificarlos que no implique una suma infinita, o al menos se pueda consultar su comportamiento asintótico como $z\to -\infty$ ? He encontrado fórmulas para $\sum H_k^2/k^2$ y $\sum H_k^2/(k+1)^2$ así como $\sum H_k z^k/k!$ ( $H_k$ no al cuadrado), pero no sé cómo aplicar ninguno de ellos a mi problema.

Si alguien tiene una forma totalmente diferente de ver el gran $z$ comportamiento de la función, también me interesaría.

1voto

Fredrik Puntos 26

Bueno, existe un expansión en serie asintótica para la función de Laguerre

$$ \ell_n(z)~:=~e^{-z} L_n(z)$$ $$\tag{1}~\sim~ \frac{z^{-n-1}}{\Gamma(-n)} {}_2 F_{0}(n+1,n+1;\frac{1}{z})+\frac{(-z)^n e^{-z}}{\Gamma(n+1)} {}_2 F_{0}(-n,-n;-\frac{1}{z}) $$

para $|z|\to\infty$ .

El segundo término de la ecuación (1) desaparece porque el $\Gamma$ tiene un polo en $0$ aunque diferenciemos un número finito de tiempo wrt. $n$ . Así que los segundos términos de la ec. (1) no contribuyen al límite buscado.

Para el comportamiento principal, podemos sustituir el función hipergeométrica generalizada ${}_2 F_{0}$ con $1$ . Dos diferenciaciones con respecto a la variable real $n$ lleva a

$$\tag{2} \left. \frac{\partial^2 \ell_n(z)}{\partial n^2} \right|_{n=-1} ~\sim~ \gamma^2 -\frac{\pi^2}{6}+2 \gamma \log(z) +\log^2(z) +O(\frac{1}{z})\quad\text{for} \quad|z|\to\infty.$$

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X