În matematică , funcțiile Kelvin , notate Berν (x ) și Beiν (x ), sunt partea reală și respectiv partea imaginară a funcției:
J
ν
(
x
e
3
π
i
/
4
)
{\displaystyle J_{\nu }(xe^{3\pi i/4})\,\!}
unde x este real, iar
J
ν
(
z
)
{\displaystyle J_{\nu }(z)\,\!}
este funcția Bessel de prima speță și de ordinul ν.
Similar, funcțiile Kerν (x ) și Keiν (x ) sunt respectiv partea reală si partea imaginară a funcției:
K
ν
(
x
e
3
π
i
/
4
)
{\displaystyle K_{\nu }(xe^{3\pi i/4})\,\!}
unde
K
ν
(
z
)
{\displaystyle K_{\nu }(z)\,}
este funcția Bessel modificată de speța a II-a și de ordinul ν.
Deși funcțiile Kelvin sunt definite ca parte reală si imaginară ale funcțiilor Bessel cu x real, ele pot fi prelungite analitic pentru argumente complexe x e i φ , φ ∈ [0, 2π). Cu excepția funcțiilor Bern (x ) și Bein (x ) pentru n întreg, funcțiile Kelvin au un punct de ramificație în x = 0.
Ber(x) pentru
x
{\displaystyle x}
între 0 şi 10.
B
e
r
(
x
)
/
e
x
/
2
{\displaystyle \mathrm {Ber} (x)/e^{x/{\sqrt {2}}}}
pentru
x
{\displaystyle x}
între 0 şi 100.
Pentru n întreg, Bern (x ) are următoarea dezvoltare în serie:
B
e
r
n
(
x
)
=
(
x
2
)
n
∑
k
≥
0
cos
[
(
3
n
4
+
k
2
)
π
]
k
!
Γ
(
n
+
k
+
1
)
(
x
2
4
)
k
{\displaystyle \mathrm {Ber} _{n}(x)=\left({\frac {x}{2}}\right)^{n}\sum _{k\geq 0}{\frac {\cos \left[\left({\frac {3n}{4}}+{\frac {k}{2}}\right)\pi \right]}{k!\Gamma (n+k+1)}}\left({\frac {x^{2}}{4}}\right)^{k}}
unde
Γ
(
z
)
{\displaystyle \Gamma (z)}
este funcția Gamma .
Cazul special Ber
0
(
x
)
{\displaystyle _{0}(x)}
, în mod normal notat cu Ber
(
x
)
{\displaystyle (x)}
, are următoarea dezvoltare în serie:
B
e
r
(
x
)
=
1
+
∑
k
≥
1
(
−
1
)
k
(
x
/
2
)
4
k
[
(
2
k
)
!
]
2
{\displaystyle \mathrm {Ber} (x)=1+\sum _{k\geq 1}{\frac {(-1)^{k}(x/2)^{4k}}{[(2k)!]^{2}}}}
iar dezvoltarea asimptotică este
B
e
r
(
x
)
∼
e
x
2
2
π
x
[
f
1
(
x
)
cos
α
+
g
1
(
x
)
sin
α
]
−
K
e
i
(
x
)
π
{\displaystyle \mathrm {Ber} (x)\sim {\frac {e^{\frac {x}{\sqrt {2}}}}{\sqrt {2\pi x}}}[f_{1}(x)\cos \alpha +g_{1}(x)\sin \alpha ]-{\frac {\mathrm {Kei} (x)}{\pi }}}
,
unde
α
=
x
/
2
−
π
/
8
{\displaystyle \alpha =x/{\sqrt {2}}-\pi /8}
, iar
f
1
(
x
)
=
1
+
∑
k
≥
1
cos
(
k
π
/
4
)
k
!
(
8
x
)
k
∏
l
=
1
k
(
2
l
−
1
)
2
{\displaystyle f_{1}(x)=1+\sum _{k\geq 1}{\frac {\cos(k\pi /4)}{k!(8x)^{k}}}\prod _{l=1}^{k}(2l-1)^{2}}
g
1
(
x
)
=
∑
k
≥
1
sin
(
k
π
/
4
)
k
!
(
8
x
)
k
∏
l
=
1
k
(
2
l
−
1
)
2
{\displaystyle g_{1}(x)=\sum _{k\geq 1}{\frac {\sin(k\pi /4)}{k!(8x)^{k}}}\prod _{l=1}^{k}(2l-1)^{2}}
Bei(x) pentru
x
{\displaystyle x}
între 0 şi 10.
B
e
i
(
x
)
/
e
x
/
2
{\displaystyle \mathrm {Bei} (x)/e^{x/{\sqrt {2}}}}
pentru
x
{\displaystyle x}
între 0 şi 100.
pentru
n
{\displaystyle n}
întreg, Bei
n
(
x
)
{\displaystyle _{n}(x)}
are următoarea dezvoltare în serie:
B
e
i
n
(
x
)
=
(
x
2
)
n
∑
k
≥
0
sin
[
(
3
n
4
+
k
2
)
π
]
k
!
Γ
(
n
+
k
+
1
)
(
x
2
4
)
k
{\displaystyle \mathrm {Bei} _{n}(x)=\left({\frac {x}{2}}\right)^{n}\sum _{k\geq 0}{\frac {\sin \left[\left({\frac {3n}{4}}+{\frac {k}{2}}\right)\pi \right]}{k!\Gamma (n+k+1)}}\left({\frac {x^{2}}{4}}\right)^{k}}
unde
Γ
(
z
)
{\displaystyle \Gamma (z)}
este funcția Gamma . Cazul special Bei
0
(
x
)
{\displaystyle _{0}(x)}
, în mod normal notat cu Bei
(
x
)
{\displaystyle (x)}
, are următoarea dezvoltare în serie:
B
e
i
(
x
)
=
∑
k
≥
0
(
−
1
)
k
(
x
/
2
)
4
k
+
2
[
(
2
k
+
1
)
!
]
2
{\displaystyle \mathrm {Bei} (x)=\sum _{k\geq 0}{\frac {(-1)^{k}(x/2)^{4k+2}}{[(2k+1)!]^{2}}}}
iar dezvoltarea asimptotică este:
B
e
i
(
x
)
∼
e
x
2
2
π
x
[
f
1
(
x
)
sin
α
+
g
1
(
x
)
cos
α
]
−
K
e
r
(
x
)
π
{\displaystyle \mathrm {Bei} (x)\sim {\frac {e^{\frac {x}{\sqrt {2}}}}{\sqrt {2\pi x}}}[f_{1}(x)\sin \alpha +g_{1}(x)\cos \alpha ]-{\frac {\mathrm {Ker} (x)}{\pi }}}
,
unde
α
{\displaystyle \alpha }
,
f
1
(
x
)
{\displaystyle f_{1}(x)}
și
g
1
(
x
)
{\displaystyle g_{1}(x)}
sunt definite ca cele pentru Ber
(
x
)
{\displaystyle (x)}
.
Pentru n întreg, Kern (x ) are următoarea dezvoltare în serie:
K
e
r
n
(
x
)
=
1
2
(
x
2
)
−
n
∑
k
=
0
n
−
1
cos
[
(
3
n
4
+
k
2
)
π
]
(
n
−
k
−
1
)
!
k
!
(
x
2
4
)
k
+
1
2
(
x
2
)
n
∑
k
≥
0
cos
[
(
3
n
4
+
k
2
)
π
]
ψ
(
k
+
1
)
+
ψ
(
n
+
k
+
1
)
k
!
(
n
+
k
)
!
(
x
2
4
)
k
−
ln
(
x
2
)
B
e
r
n
(
x
)
+
π
4
B
e
i
n
(
x
)
{\displaystyle {\begin{aligned}\mathrm {Ker} _{n}(x)&={\frac {1}{2}}\left({\frac {x}{2}}\right)^{-n}\sum _{k=0}^{n-1}\cos \left[\left({\frac {3n}{4}}+{\frac {k}{2}}\right)\pi \right]{\frac {(n-k-1)!}{k!}}\left({\frac {x^{2}}{4}}\right)^{k}\\&+{\frac {1}{2}}\left({\frac {x}{2}}\right)^{n}\sum _{k\geq 0}\cos \left[\left({\frac {3n}{4}}+{\frac {k}{2}}\right)\pi \right]{\frac {\psi (k+1)+\psi (n+k+1)}{k!(n+k)!}}\left({\frac {x^{2}}{4}}\right)^{k}\\&-\ln \left({\frac {x}{2}}\right)\mathrm {Ber} _{n}(x)+{\frac {\pi }{4}}\mathrm {Bei} _{n}(x)\end{aligned}}}
Ker(x) pentru
x
{\displaystyle x}
între 0 şi 10.
K
e
r
(
x
)
e
x
/
2
{\displaystyle \mathrm {Ker} (x)e^{x/{\sqrt {2}}}}
pentru
x
{\displaystyle x}
între 0 şi 100.
unde
ψ
(
z
)
{\displaystyle \psi (z)}
este funcția Digamma .
Cazul special Ker
0
(
x
)
{\displaystyle _{0}(x)}
, în mod normal notat cu Ker
(
x
)
{\displaystyle (x)}
, are următoarea dezvoltare în serie:
K
e
r
(
x
)
=
−
ln
(
x
2
)
B
e
r
(
x
)
+
π
4
B
e
i
(
x
)
+
∑
k
≥
0
(
−
1
)
k
ψ
(
2
k
+
1
)
[
(
2
k
)
!
]
2
(
x
2
4
)
2
k
{\displaystyle \mathrm {Ker} (x)=-\ln \left({\frac {x}{2}}\right)\mathrm {Ber} (x)+{\frac {\pi }{4}}\mathrm {Bei} (x)+\sum _{k\geq 0}(-1)^{k}{\frac {\psi (2k+1)}{[(2k)!]^{2}}}\left({\frac {x^{2}}{4}}\right)^{2k}}
și dezvoltarea asimptotică:
K
e
r
(
x
)
∼
π
2
x
e
−
x
2
[
f
2
(
x
)
cos
β
+
g
2
(
x
)
sin
β
]
,
{\displaystyle \mathrm {Ker} (x)\sim {\sqrt {\frac {\pi }{2x}}}e^{-{\frac {x}{\sqrt {2}}}}[f_{2}(x)\cos \beta +g_{2}(x)\sin \beta ],}
unde
β
=
x
/
2
+
π
/
8
{\displaystyle \beta =x/{\sqrt {2}}+\pi /8}
, iar
f
2
(
x
)
=
1
+
∑
k
≥
1
(
−
1
)
k
cos
(
k
π
/
4
)
k
!
(
8
x
)
k
∏
l
=
1
k
(
2
l
−
1
)
2
{\displaystyle f_{2}(x)=1+\sum _{k\geq 1}(-1)^{k}{\frac {\cos(k\pi /4)}{k!(8x)^{k}}}\prod _{l=1}^{k}(2l-1)^{2}}
g
2
(
x
)
=
∑
k
≥
1
(
−
1
)
k
sin
(
k
π
/
4
)
k
!
(
8
x
)
k
∏
l
=
1
k
(
2
l
−
1
)
2
.
{\displaystyle g_{2}(x)=\sum _{k\geq 1}(-1)^{k}{\frac {\sin(k\pi /4)}{k!(8x)^{k}}}\prod _{l=1}^{k}(2l-1)^{2}.}
Pentru n întreg, Kein (x ) are dezvoltarea in serie:
K
e
i
n
(
x
)
=
1
2
(
x
2
)
−
n
∑
k
=
0
n
−
1
sin
[
(
3
n
4
+
k
2
)
π
]
(
n
−
k
−
1
)
!
k
!
(
x
2
4
)
k
+
1
2
(
x
2
)
n
∑
k
≥
0
sin
[
(
3
n
4
+
k
2
)
π
]
ψ
(
k
+
1
)
+
ψ
(
n
+
k
+
1
)
k
!
(
n
+
k
)
!
(
x
2
4
)
k
−
ln
(
x
2
)
B
e
i
n
(
x
)
−
π
4
B
e
r
n
(
x
)
{\displaystyle {\begin{aligned}\mathrm {Kei} _{n}(x)&={\frac {1}{2}}\left({\frac {x}{2}}\right)^{-n}\sum _{k=0}^{n-1}\sin \left[\left({\frac {3n}{4}}+{\frac {k}{2}}\right)\pi \right]{\frac {(n-k-1)!}{k!}}\left({\frac {x^{2}}{4}}\right)^{k}\\&+{\frac {1}{2}}\left({\frac {x}{2}}\right)^{n}\sum _{k\geq 0}\sin \left[\left({\frac {3n}{4}}+{\frac {k}{2}}\right)\pi \right]{\frac {\psi (k+1)+\psi (n+k+1)}{k!(n+k)!}}\left({\frac {x^{2}}{4}}\right)^{k}\\&-\ln \left({\frac {x}{2}}\right)\mathrm {Bei} _{n}(x)-{\frac {\pi }{4}}\mathrm {Ber} _{n}(x)\end{aligned}}}
Kei(x) pentru
x
{\displaystyle x}
între 0 şi 10.
K
e
i
(
x
)
e
x
/
2
{\displaystyle \mathrm {Kei} (x)e^{x/{\sqrt {2}}}}
pentru
x
{\displaystyle x}
între 0 şi 100.
unde
ψ
(
z
)
{\displaystyle \psi (z)}
este funcția Digamma .
Cazul special Kei
0
(
x
)
{\displaystyle _{0}(x)}
, în mod uzual notat cu Kei
(
x
)
{\displaystyle (x)}
, are următoarea dezvoltare în serie:
K
e
i
(
x
)
=
−
ln
(
x
2
)
B
e
i
(
x
)
−
π
4
B
e
r
(
x
)
+
∑
k
≥
0
(
−
1
)
k
ψ
(
2
k
+
2
)
[
(
2
k
+
1
)
!
]
2
(
x
2
4
)
2
k
+
1
{\displaystyle \mathrm {Kei} (x)=-\ln \left({\frac {x}{2}}\right)\mathrm {Bei} (x)-{\frac {\pi }{4}}\mathrm {Ber} (x)+\sum _{k\geq 0}(-1)^{k}{\frac {\psi (2k+2)}{[(2k+1)!]^{2}}}\left({\frac {x^{2}}{4}}\right)^{2k+1}}
și dezvoltarea asimptotică:
K
e
i
(
x
)
∼
−
π
2
x
e
−
x
2
[
f
2
(
x
)
sin
β
+
g
2
(
x
)
cos
β
]
,
{\displaystyle \mathrm {Kei} (x)\sim -{\sqrt {\frac {\pi }{2x}}}e^{-{\frac {x}{\sqrt {2}}}}[f_{2}(x)\sin \beta +g_{2}(x)\cos \beta ],}
unde
β
{\displaystyle \beta }
,
f
2
(
x
)
{\displaystyle f_{2}(x)}
și
g
2
(
x
)
{\displaystyle g_{2}(x)}
sunt cele definite pentru Ker
(
x
)
{\displaystyle (x)}
.
Abramowitz and Stegun, Handbook of Mathematical Functions With Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, Capitolul 9.9 .
Weisstein, Eric W. "Kelvin Functions." From MathWorld—A Wolfram Web Resource. [1]
GPL-licensed C/C++ source code for calculating Kelvin functions at codecogs.com: [2] Arhivat în 7 aprilie 2007 , la Wayback Machine .