Современная теория эллиптических функций создалась в результате совместной работы выдающихся математиков XIX в. Систематическое исследование эллиптических интегралов было начато Лежандром еще в конце XVIII в. Полученные результаты были им объединены в замечательной работе “Traité des fonctions elliptiques et des intégrales Eulériennes”. Здесь мы находим как полную теорию эллиптических интегралов, так и практические методы их вычисления. Здесь же содержатся и таблицы интегралов 1-го и 2-го рода, которые являются основными для вычислений и в настоящее время.
Работы Лежандра послужили отправным пунктом исследований Абеля и Якоби (Abel, Jacobi). Их идея рассматривать вместо эллиптического интеграла обратную функцию привела к открытию эллиптических функций и их двойной периодичности. Абель рассматривает область эллиптических интегралов и задачу их обращения как частный случай аналитической задачи для любой алгебраической функции.
Курс лекций посвящен знакомству со специфическим разделом математики – специальными функциями. Под специальной функцией можно понимать любую функцию, не входящую в число элементарных функций, изучаемых в школьном курсе алгебры и анализа. Конечно это определение неконструктивно. Отбор материала для предлагаемого курса лекций связан с моими научными интересами в области линейных дифференциальных уравнений. Метод исследования свойств специальных функций основан на анализе соответствующих решений дифференциальных уравнений.
Этот спецкурс читался пятикурсникам Уфимского Авиационного Технического Университета, специализирующимся по прикладной математике, в осеннем семестре 1999-2000 учебного года, а также студентам-математикам 3-го и 4-го курсов Башкирского Государственного Университета, специализирующимся по дифференциальным уравнениям, в весеннем семестре того же учебного года. Хочу выразить благодарность всем моим слушателям за проявленный интерес и внимание.
Решение очень многих важных задач математической физики и техники не может быть выражено с помощью обычных, элементарных функций, и тогда приходят на помощь специальные функции (функции Лежандра, функции Бесселя, гипергеометрическая функция и т. д.). Теория специальных функций очень детально разработана и включает в себя необозримо множество формул и соотношений, выводимых самыми разнообразными методами, что затрудняет ее изучение.
Целью данной книги является изложение теории специальных функций с единой точки зрения при помощи теории представлений групп. Этот подход позволяет единым образом получать всевозможные соотношения между специальными функциями, как ранее известные, так и новые.
Книга предназначена для математиков, физиков (как теоретиков, так и экспериментаторов), научных работников в области техники, а также может быть использована аспирантами и студентами старших курсов университетов.
Эта книга является кратким справочником по теории специальных функций, чаще всего встречающихся при решении задач математической физики — гипергеометрической функции, функций и многочленов Лежандра, различных ортогональных многочленов (Чебышева, Лагерра, Эрмита), цилиндрических функций и функций Матэ. Кроме того, она содержит изложение общих понятий теории ортогональных функций. Так как теория специальных функций необъятна, то главной трудностью при написании была, несомненно, отбор приводимых в ней формул. Нам кажется, что авторы удачно справились с этой задачей, отобрав формулы, чаще всего встречающиеся при решении конкретных задач.
При сравнительно небольшом объеме книга содержит почти все необходимое для инженера или физика по специальным функциям. Если читателю потребуются более полные сведения о специальных функциях, то рекомендуем обратиться к книгам: И. С. Градштейн и И. М. Рыжик, “Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений”, изд. 4, Физматгиз, 1962, или к трехтомному изданию “Higher Transcendental Functions”, под ред. MC Grad Hille.
При переводе книги были проверены формулы и исправлены (к сожалению, многочисленные) ошибки оригинала. Кроме того, существенно пополнены библиография и список таблиц специальных функций.
Обширная книга Гобсона по теории сферических функций содержит полное изложение общей теории этих функций и заключает в себе много ценного материала по сферическим функциям общего вида. Эта часть книги, заключенная в пятой и шестой главах, будет особенно полезна читателям, занимающимся задачами математической физики и заинтересованным в возможно полном и точном собрании формул, относящихся к сферическим функциям общего вида.
Большая часть книги посвящена теории сферических функций; эллипсоидальным гармоническим функциям и функциям Ламе уделяется небольшое число страниц, на которых излагаются лишь первоначальные сведения об этих функциях.
В десятой главе дается интересное изложение малоизвестной теории тороидальных функций, связанных с функциями Лежандра и имеющих разнообразные приложения в гидродинамике и математической физике.
Хорошо известна та роль, которую играют ортогональные системы функций при решении ряда задач математической физики; после простейшей ортогональной системы функций — тригонометрической — наиболее простыми являются системы ортогональных многочленов; именно благодаря этому они находят обширное поле применений в ряде вопросов прикладной математики, физики, математической статистики и не перестают привлекать к себе внимание математиков и физиков всего мира.
Основы общей теории ортогональных многочленов были заложены трудами гениального русского математика П. Л. Чебышева: в ряде своих мемуаров, начиная с 1855 г., он не только рассматривает имеющиеся у него частные случаи — так называемые классические ортогональные многочлены, но и строит общую теорию ортогональных многочленов.
Монография посвящена тем свойствам ортогональных многочленов, от которых зависит сходимость бесконечных процессов, связанных с ортогональными многочленами, — процесса Фурье — Чебышева, интерполяционного процесса с узлами в корнях ортогональных многочленов и т. п.
В монографии систематически изложены исследования ученых (отечественных и зарубежных) в этом направлении, в том числе исследования автора.
Монография может быть полезна научным сотрудникам и аспирантам, работающим в области математики и математической физики.
Эллиптические функции — одна из красивейших глав классического анализа. После некоторого периода забвения они снова вызывают широкий интерес и находят применение в различных областях математики — теории чисел, алгебраической геометрии, дифференциальных уравнениях.
Книга А. Вейля, видного французского математика, хорошо известного русскому читателю, принадлежит к редкому жанру. Это одновременно живое историко-математическое исследование, начальный курс теории эллиптических функций с многими полными доказательствами и введение в самые современные исследования. Она воплощает преемственность идей в актуальной области классического анализа.
Написанная увлекательно и с большим педагогическим мастерством, книга будет интересна математикам различной специальности и разного уровня подготовки — от студентов младших курсов до сложившихся исследователей.
В русском издании классический трактат Ватсона по теории бesselевых функций разделен на две части: в первую часть отнесены главы I—XIX английского издания, содержащие теоретический материал, во вторую — таблицы бesselевых функций и относящаяся к ним глава XX. Это изменение произведено для удобства пользования книгой, объем которой как в первой, так и во второй части достаточно велик.
В конце первой части редактором перевода дано примечание (стр. 716—718) к главам XIII и VIII, в котором приведены некоторые результаты исследований советских авторов, относящиеся к теории besselевых функций. Они существенно дополняют издание сведениями, которых советский читатель не найдет у Ватсона.
Следуя по указанному П. Чебышевым пути, теорию ортогональных многочленов, соответствующих данному весу в определенном интервале, связывают обычно с теорией непрерывных дробей.
Однако, этим путем не удается решить некоторые важные задачи, как например, задачу о представлении (асимптотическом) ортогонального многочлена, имеющем место во всем рассматриваемом интервале.
Метод, который я тут развиваю, состоит из комбинаций элементарного алгебраического приема редукции с переходом к пределу, основанных на теореме Weierstrass’a относительно приближенного представления непрерывных функций посредством многочленов.
