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과학

스트루브 함수

스트루브 함수과학
영문명
Struve function
대표 기호
H_ν(x)
급수 구성
감마 함수를 분모에 갖는 거듭제곱 급수
관련 방정식
비제차 베셀형 방정식
스트루브 함수는 비제차 베셀형 미분방정식과 연결되는 특수함수다. 차수 ν와 입력 x에 따라 값을 가지며, 베셀 함수나 한켈 함수와 기호가 비슷하더라도 같은 함수는 아니다.

비제차 항이 있는 방정식

베셀 방정식의 왼쪽에 0이 아닌 강제항을 둔 방정식의 특정해로 스트루브 함수를 다룰 수 있다. 예를 들어 0차 H_0는 x≠0에서 x²y″+xy′+x²y=2x/π를 만족한다. 오른쪽이 0인 0차 베셀 방정식과 다르다. 같은 왼쪽을 썼다고 두 함수가 같은 해의 계열이라고 가정해서는 안 된다.

원점 근처의 0차 전개

H_0(x)=(2/π)(x−x³/9+x⁵/225−⋯)다. 첫 계수를 a_1=2/π라고 두고 방정식에 급수를 넣으면 x³항에서 9a_3+a_1=0이라 a_3=−2/(9π)를 얻는다. 이어 x⁵에서는 25a_5+a_3=0이어서 a_5=2/(225π)다. 원점 값은 0이고 기울기는 2/π로 확인된다.

차수에 따른 대칭

거듭제곱 급수에서 정수 차수 n의 앞 인자는 x^(n+1)이고 나머지는 x²의 거듭제곱으로 구성된다. 따라서 비음수 정수 차수에서는 H_n(−x)=(−1)^(n+1)H_n(x)다. 0차는 홀함수이고 1차는 짝함수다. 이 정수 대칭을 임의의 비정수 차수에 그대로 적용하면 거듭제곱의 가지 문제를 놓칠 수 있다.

함수 선택과 수치 계산

수정 스트루브 함수는 다른 부호의 급수와 방정식으로 연결되는 별도 함수다. H라는 글자가 한켈 함수의 표기에도 쓰일 수 있으므로 전체 기호와 정의를 확인한다. 입력 크기와 차수에 따라 급수나 점근 표현의 수치적 성능이 달라질 수 있다. 수렴하는 급수라도 유한 정밀도에서 큰 항의 상쇄가 생길 수 있어 계산법과 오차를 함께 검토해야 한다.

관련 문서

베셀 함수 / 수정 베셀 함수 / 감마 함수 / 미분방정식 / 테일러 급수 / 특수함수