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The Laplace differential equation of infinite order. - MaRDI portal

The Laplace differential equation of infinite order. (Q573104)

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scientific article; zbMATH DE number 2556713
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English
The Laplace differential equation of infinite order.
scientific article; zbMATH DE number 2556713

    Statements

    The Laplace differential equation of infinite order. (English)
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    1931
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    Es handelt sich um die lineare Differentialgleichung unendlicher Ordnung, deren Koeffizienten Polynome gleichmäßig beschränkten Grades sind: \[ \sum_{n=0}^{\infty} (a_{n0}+a_{n1}x+\cdots + a_{np}x^p) u^{(n)}(x) = f(x). \tag{1} \] Wird der Operator \[ F(x,z) = \sum_{n=0}^{\infty} (a_{n0}+a_{n1}x+\cdots + a_{np}x^p) z^n \qquad \left( z=\frac{d}{dx} \right) \] eingeführt, so läßt sich die Gleichung in der Gestalt \[ F(x,z) \to u(x) = f(x) \] schreiben (\(F\) angewandt auf \(u\) soll \(f\) ergeben). Gelingt es, einen Operator \(X\), die ``lösende Generatrix'', so zu bestimmen, daß \[ X \to F = 1 \] ist, so ist \[ u(x) = X(x,z) \to f(x). \] Hinsichtlich \(X\) wird zunächst bewiesen: \[ X(x,z) = e^{-xz} \left[ \sum_{i=1}^{p} u_{i-1}(x) \, X_i(z) + \int\limits_{0}^{z} e^{xt} W(z,t)\, dt \right], \] wo die \(u_i(x)\) Lösungen von (1) für \(f(x)=x^i\), die \(X_i(z)\) Lösungen der Gleichung \[ A_0(z)\, X(z) + A_1(z)\, X'(z) + \cdots + A_p(z)\, X^{(p)}(z) = 0 \] unter den Anfangsbedingungen \[ X^{(j-1)}_i(0) = \left\{ \begin{aligned} &1 \quad \text{für} \quad i=j, \\ &0 \quad \text{,, } \quad i \neq j \end{aligned} \right. \] sind \(\left( A_i(z)=\sum\limits_{n=0}^{\infty} a_{ni}z^n \right)\) und \(W(z,t)\) durch \[ \left. \frac{\partial^{i+j} W(z,t)}{\partial z^i \partial t^j} \right|_{t=z} = \left\{ \begin{aligned} &0 \qquad \qquad \quad \; \, \text{für} \quad i+j<p-1, \\ &(-1)^j A_p(z) \quad \text{für} \quad i+j = p-1 \end{aligned} \right. \] definiert ist. Es werden noch drei verschiedene Entwicklungen für \(X(x,z)\) angegeben. Dann wird die Konvergenz bzw. der asymptotische Charakter der durch Anwendung dieser Operatoren erzielten formalen Lösungen auf Grund des Begriffs der ``Stufe'' beschrieben: Ist \(g(x)\) eine analytische Funktion, so heißt die (von \(x\) unabhängige) Zahl \[ q=\underset{n \to \infty} {\text{lim sup}} |g^{(n)}(x)|^{\frac{1}{n}} \] die Stufe von \(g(x)\). (IV 9.)
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