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ルジャンドルの関係式 : ウィキペディア日本語版
ルジャンドルの関係式[るじゃんどるのかんけいしき]
数学において、ルジャンドルの関係式(Legendre relation)は第一種完全楕円積分と第二種完全楕円積分の間に成立する恒等式である。
:K(k)E\left(\sqrt\right)+E(k)K\left(\sqrt\right)-K(k)K\left(\sqrt\right)=\frac

== 証明 ==
完全楕円積分の導関数
:\begink\fracE(k)
&=k\frac\frac\left(1-\sum_^\right)\\
&=\frac\sum_^\left(\frac\right)^2\left(-\frac-1\right)k^\\
&=E(k)-K(k)
\end
:\begink\fracK(k)
&=k\frac\frac\left(1+\sum_^\right)\\
&=\frac\sum_^\\
&=k^2\left(k \fracK(k)+K(k)\right)+E(k)-K(k)
\end
:k(1-k^2)\fracK(k)=E(k)-(1-k^2)K(k)
から、微分方程式
:\begin\frac\left(k(1-k^2)\fracK(k)\right)
&=\frac-(1-k^2)\frac+2kK(k)\\
&=\frac+2kK(k)\\
&=kK(k)\\
\end
が得られるが、ここでk'=\sqrtとすれば
:\begin\frac\left(k(1-k^2)\fracK(k')\right)
&=\frac\frac\left(k(1-k^2)\frac\fracK(k')\right)\\
&=\frac\frac\left(k^2\sqrt\fracK(k')\right)\\
&=\frac\frac\left((1-k'^2)k'\fracK(k')\right)\\
\end
であるからK'(k)=K(k')も同じ微分方程式の解になる。Y(k)=\sqrtK(k)とすれば
:\begin\fracY(k)
&=\sqrt\fracK(k)+\frac\fracK(k)+\fracK(k)\\
&=\frac\left(k(1-k^2)\fracK(k)+(1-3k^2)\fracK(k)+\fracK(k)\right)\\
&=\frac\left(\frac\left(k(1-k^2)\fracK(k)\right)+\fracK(k)\right)\\
&=\frac\left(kK(k)+\fracK(k)\right)\\
&=-\fracY(k)\\
\end
となり、Y'(k)=\sqrtK'(k)も同様である。故に
:\frac=-\frac=\frac
であるから
:Y(k)\fracY'(k)-Y'(k)\fracY(k)=0
:\sqrtK(k)\frac\left(\sqrtK'(k)\right)-\sqrtK'(k)\frac\left(\sqrtK(k)\right)=0
が成立する。積分して整理すると
:k(1-k^2)\left(K(k)\fracK'(k)-K'(k)\fracK(k)\right)=C
となり、これに
:\fracK(k)=\frac
:\fracK'(k)=\fracK\left(\sqrt\right)=\frac\frac=-\frac
を代入すると
:K(k)E'(k)+E(k)K'(k)-K(k)K'(k)=-C
が得られる。不完全楕円積分の極限を用いて
:\begin-C&=K(k)E'(k)+E(k)K'(k)-K(k)K'(k)\\
&=\lim_F(x,0)E(x,1)+E(x,0)F(x,1)-F(x,0)F(x,1)\\
&=\lim_\sin^x\left(x+\tanh^x-\tanh^x\right)\\
&=\frac\\
\end
が得られる。

抄文引用元・出典: フリー百科事典『 ウィキペディア(Wikipedia)
ウィキペディアで「ルジャンドルの関係式」の詳細全文を読む



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