background image

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

U

NIVERSITY OF 

T

ECHNOLOGY

Electromechanical Department 

2009‐2010

 

Fourier series 

Dr.Eng Muhammad.A.R.Yass 

Sultan 

M O H D

_

Y A S S

9 7 @

Y A H O O

.

C O M

 

 

Engineering and 

Numerical Analysis 

 

3

rd

 Class 

Special Function 

 

Dr.Eng 

Muhammad.A.R.Yass 

 

Sultan

Hind 


background image

 

 

 

The (complete) gamma function 

is defined to be an extension of the factorial 

to complex and real number arguments. It is related to the factorial by  

 

 

 

 

 

 

 

 

Plots of the real and imaginary parts of 

in the complex plane are illustrated 

above.  

Integrating equation (3) by parts for a real argument, it can be seen that  

 
 
 
 
 
 

 

 
 

 

Gamma Function

 

 

 

Γ

 

1

 

1

 

Γ

1 Γ

1

 

Special Function


background image

 

 

Some special values of G(x) 

If  is an integer 

, 2, 3, ..., then  

(10) 
(11) 
(12) 
(13) 

 

 
 

 

where 

is a double factorial. The first few values for 

, 3, 5, ... are therefore  

 

n=odd=1,3,5,7


background image

  

 

Example(1):-  Find 

Γ 1  

Solution:-      

Γ

 

 

Γ 1

|

Γ 1

 

Example(2):-  Prove that  

Γ 1 2

√  

Solution:-     

 

Γ

 

Γ 1 2

… … …

 

… . .

2

 

 

Γ 1 2

2

2

 

Γ 1 2

2

2

4

 


background image

Changing to spherical coordinate(

,

 where 

cos

, ,

sin 

  

Γ 1 2

4

 

 

4

1
2

 

 

 

Γ 1 2

√  

Example(2):-  Evaluate   

 a:-  

 

    b:- 

3

   c:- 

  

Solution:-     

 

a:-  

 

  

 

           

         

  

         

        

Γ 1 2

  

           

Γ 1 2

   

………………………………………………………………. 

b:- 

3

 

 

4 3 

           

  

4 3 2               

   

4√ 3

 

Γ 1 2

  

  

4√ 3

1

4√ 3

 Γ 1 2  


background image

……………………………………………………………….. 

c:- 

    

… …

 

1

  

 

 We have 

Γ 1 2

  

√   then  

√  

Hint    

… … … . .

∞ … … .

Example:- Evaluate a:- 

Γ

  b:-

 Γ

   

Solution:- 

a:- 

Γ

    we have  

Γ

 

let 

                Γ

2√    

b:-

 Γ

    let

 

  

Γ

√  

Example:- Evaluate 

x e

dx where m,n,a positive constant 

Solution:-  Let 

                    

                              

 

x e

dx

y
a

e dx

1

a

 

y

e dy  

1

a

 Γ

m

1

n

 


background image

Beta function

 

We define Beta function as   

,

1

         … … … … … … … … … 1                              

or 

,

… … … … … … … . 2  

or 

,

Γ

Γ

Γ

   … … … … … … … … … … … … … … … . . 3  

,

1

 

 Γ p Γ 1

p

π

sin  pπ

… … 4    0

1  

 

Examples:-     Evaluate      

 

 

             

4

                      

                            0      0 

                                                                                                                   1      1    

 

√                  

    

1

 

 

 

1   

1

                  

 

1

                  

 

 


background image

1
4

1

1
4

Γ

1

4 Γ

1

2

Γ

1

4

1

2

1
4

Γ

1

4 Γ

1

2

Γ

3

4

 

 

Example:-    Evaluate      

     

 

  

Solution:- 

 

 dx         let  t

… … x

2t … … . dx

2dt … . x

4t      

  

         

√ √

 

           

Compare with eq(1)

   

1

2 … . .

     

1

… . .

            

 √

                        

 Example:-    Evaluate      

     

 

  

Solution:- 

    

y

a

y  dy

y a 1

 dy     let  t

… . y

t a

        

      

y

t  a … . . y

at … … . dy

a t dt

         

 Compare with eq(1)

   

1

… . .

    ;       

1

… . .

            

x

2

 

2


background image

2

Γ

5

2 Γ

3

2

Γ 4

3

2

1

2 √

1

2

3!

32

 

Example:-    Evaluate      

    

 

 

  

Solution:- 

sin θ  dθ

sin θ cos θ dθ     compare with  2  

2m-1=6             m=7/2………………2n-1=0             m=1/2 

sin θ  dθ  

 

 

Example:-    prove that      

    

 

 

      

Solution:-    

2

1

  ;   2

1

0  … . .

 

 

Γ

1

2 p

1 Γ

1

2

1

2 p

2

 

 

2    

    

Γ r

1

2 Γ

1

2

2Γ r

1

1

2

3

2 … .

1

2 Γ

1

2 . Γ

1

2

2

1 … … 1

  

2

1 2

3 … .1

2 2

2 … 2

2

1.3.5 … … . . 2

1

2.4.6 … . .2

2

 

 

2

1       

Γ r

1 Γ

1

2

2Γ r

3

2

1 … .1. √

2

1

2

1

2 …

1

2 √

2.4.6 … 2

1.3.5. . 2

1

 

In both  cases  

 

 

       

 

 

 

 


background image

Bessel Function 

1

2

!  

1

 

Solution  

1)  Prove that when 

0  ,   

1

.

. .  

 … 

Bessel polynomial  

   

1

2

!  

1

 

1

2

0! μ 0

1

1

2

1! μ 1

1

1

2

2! μ 2

1

1

2

 

 

1

2

1

μ 2

2 . 2! μ 3

2 . 3! μ 4

 … 

 μ 

1

!      μ

1

1

2

2 . 2! .2!

2 . 3! 3!

 … 

 

1

4

64

2 . 3! 3!

 … 

1      

1

2

!  

2

 

1

2

!  

1 !

 

 μ

2

1 ! 


background image

2

 1

2.4

2.4 . 6

… … …  

2

2 4

2 . 4 . 6

… …   

3  

2

. sin  

 

1

2

!  

1

2

1

 

 

 

 

1

2

!  

1.5

 

 


√2

 

1

2

0! μ 1.5

1

2

1! μ  2.5

1

2

2! μ  3.5

   

 


√2

 

1
μ

1.5

2.1 ! μ 2.5

  2! μ 3.5

 … …  

  μ  1.5

0.5 μ 0.5

1
2

√   

μ  2.5

1.5 μ 1.5

3
2

1
2

√   

μ  3.5

2.5 μ 2.5

5
2

 μ 2.5

5
2

3
2

1
2

√   

μ  4.5

3.5 μ 3.5

7
2

5
2

3
2

1
2

√    


background image

 


√2

 

1

1

2 √

2 . 1!

3

2

1

2 √

2 . 2! .

5

2

3

2

1

2 √

 … …  

 

√2

1

2 √

  1

3 2 !

5 4 3 2!

 … …  

 

2√

√2√

  1

3!

5!

 … …  

 

2

  1

3!

5!

 … …  

 

√ √2

 

3!

5!

 … …  

 

2

 

3!

5!

 … …  

Note  

sin

3!

5!

7!

 … … 

cos

1

2!

4!

… …  

 

 

2

sin         sin

 

1

 

2

1 !

       

         cos

 

1

 

2 !

  

7  prove that  


background image

 

2

cos  

4   

 

 

  

 

 

   

1

2

 

1

2

!   μ

1

 

 

1  

 

1

2

!   μ

1

   

1

2

2

 

2

  ! μ

1

 

Note  

μ

1

!  

1 2

 

2

  !

!

 

1 2

 

2

  !

!

 

Note 

1

 

μ

1

. μ

 

2

 

μ

1

3

 

μ

1 μ

1

1 ! 

4

 

!

1 ! 


background image

L.H.S 

1

 

2

  !

1 !

 

L.H.S 

1   

 

2

  !

1 !

   … … …

 

 

1   

 

2

 . ! μ

1

1

   

 μ

1

1

1

                                           

1 ! 

اﻟﻄﺮف

  اﻻﻳﻤﻦ

1   

 

2

  !

1 !

   … … …

 

  

      اﻻﻳﻤﻦ اﻟﻄﺮف

اﻟﻄﺮف

  اﻻﻳﺴﺮ

1   

 

2

  ! μ

1

   

1   

 

2

  ! μ

1

1

   

1   

 

2

. ! μ

1

1

   

 

 


background image

5  

 

 

 

 اﻟﻄﺮف اﻻﻳﺴﺮ

 

1   

 

2

  ! μ

1

     

1   

 

2

  ! μ

1

    

1  2  

 

2

  ! μ

1

    

1    

 

2

  ! μ

1

    

Note k!   k  k‐1 ! 

1   

 

2

1 !  μ

1

    

1  

 

2

 

1 ! μ

1

   … 8  اﻻﻳﺴﺮ اﻟﻄﺮف

 اﻟﻄﺮف اﻻﻳﻤﻦ

.

 

 

1  

 

2

  ! μ

1

   

1

1  

 

2

  ! μ

2

   


background image

1

 

 

2

  ! μ

2

   

1

 

 

2

  ! μ

2

   

Putting in a bore eq. K   K ‐1 

1

 

 

2

 

1 ! μ

1

2

   

1  

 

2

 

1 ! μ

1

   … … …

 

اﻟﻄﺮف اﻻﻳﻤﻦ

=

اﻟﻄﺮف اﻻﻳﺴﺮ

 

6   prove that  

2

 

 

Sol. We have from 4  

   

 

 

̀

.

 

̀

  .

 

 

̀

 

 

 

̀

 – 

… … …

 


background image

  5

   

 

 

̀

 .

 

 

̀

 

 

 

  ̀

 

 

               /

 

̀

 

 

… … …

 

Subtract eq.  **  from eq.  **  we obtain  

0    

 

 

2

 

 

  

 و

 .

 ـه

 .

م

 

8  show that    ̀

 

We have   ̀

 

 

Putting   n   0 then 

̀

0

 

 

  ̀

 

9  show that   ̀

/

sin

   

We have from 6   

 

Putting n   ½  


background image

 

2

1

 

 

1

 

2

sin

 

 

1

 

2

sin

2

cos  

 

2 sin

cos  

2

 

sin

cos

   

10  prove that   ̀

 

   

We have from 6 eq. * and  **  added 

2 ̀

 

̀

1
2

 

 

 

11  use Bessel polynomial to show that  

̀̀

 

1

  ̀

 

Sol. We have from 6 eq.  *     ̀

 

 

̀̀

̀

̀

 

 

Put n 1 


background image

̀̀

̀

̀

   

 

 

 

  . 8  ̀

 

̀̀

̀

̀

 

̀̀

̀

 

̀̀

    ̀

 

̀̀

1

    ̀

 

 و

 .

 ـه

 .

 م

 

7  prove that  

2

cos  

Putting un Bessel polynomial n   ‐ ½  

1    2

  ! μ

1

2

1

   

2

1    2

  ! μ

1

2

1

   

2

 

1

2 0! μ 0.5

1

 

2.1

! μ 1.5

1

2

. 2! μ 2.5

… …  

2

 

1

μ 0.5

2!

4 3 2!

… … …  


background image

√2

1

   1

2!

4 3 2!

… … …  

2

   1

2!

4!

… … …  

  cos

1

2!

4!

… … … 

 

2

  cos  

 و

 .

 ـه

 .

م

 

12  write J

4 x

 in terms of J

0 x

 and J

1 x

 

Sol. 

2

    

 6 

Putting  n   1   4    n   3 

2 3

 

6

   

 

 

6

  

4

   

2

  

 

 

2 1

 

 

 

 

6

 

4

 

2

2

 

  

 

48

 

24

 

6

 

 

2

  

 

 


background image

48

8

 

   1

24

 

 و

 .

 ـه

 .

م

 

 

13  Evaluate 

.

 

 

 

.

 

 

 

.

  

Here  m   3  ,   n   1 

.

2  

.

 

.

0

0

 

M   1 

N   1 

.

2  

 

.

8

2  

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

Home work 

1. 

.

 

2. 

.

 

3. 

.

 

4. 

.

 

5. 

 

6. 

 

7. 

 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: ضرغام العزاوي
المشاهدات: لقد قام 7 أعضاء و 270 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل