Pochhammer-Symbol

Das Pochhammer-Symbol ist eine spezielle Funktion, die in der Kombinatorik und in der Theorie der hypergeometrischen Funktionen verwendet wird. Der Name geht auf Leo August Pochhammer zurück.[1][2]

Die Verallgemeinerung des Pochhammer-Symbols nennt man verallgemeinertes Pochhammer-Symbol.

Definition

Das Pochhammer-Symbol wird über die Gammafunktion definiert:

Aus der Funktionalgleichung der Gammafunktion folgt dann

.

Man hat also eine Identität

mit der steigenden Faktoriellen.

Erläuterungen

Das Pochhammer-Symbol wird auch als notiert, allerdings notieren manche Autoren insbesondere in der Kombinatorik damit auch die fallende Faktorielle. In dieser Notation definiert man dann zusätzlich

Eigenschaften

  • Das Pochhammer-Symbol ist eine meromorphe Funktion.
  • Ist , so kann als Polynom in dargestellt werden. Diese haben eine gemeinsame Nullstelle bei .
  • Zusammenhang zwischen Koeffizienten verschiedener Vorzeichen:
  • Divisionsregel:
  • Spezielle Werte:
  • Weitere Identitäten:

q-Pochhammer-Symbol

Begrenztes q-Pochhammer-Symbol

Das -Pochhammer-Symbol[3] ist das -Analog des Pochhammer-Symbols. Dieses spielt eine wichtige Rolle in der Theorie der elliptischen Modulfunktionen und in der Kombinatorik bei -Analoga klassischer Formeln. Hierbei wird das -Analogon natürlicher Zahlen, angeregt durch den Grenzübergang

,

über folgende Formel definiert:

Das -Pochhammer-Symbol wird über die formale Potenzreihe in der Variablen definiert:

mit der Zusatzbedingung:

.

Sie werden auch -Reihen genannt und als abgekürzt, z. B. .

Der Buchstabe q wird deswegen in den Formeln verwendet, weil er das elliptische Nomen beziehungsweise die Jacobische Entwicklungsgröße darstellt.

Unendliches q-Pochhammer-Symbol

Das -Pochhammer-Symbol lässt sich auch zu einem unendlichen Produkt erweitern:

Der Spezialfall

wird als Eulersches Produkt[4] bezeichnet.

Das elliptische Nomen als Funktion stellt den Zusammenhang zu den vollständigen elliptischen Integralen erster Art her:

Partitionszahlenfolge und Pentagonalzahlensatz

Das Eulersche Pochhammer-Produkt spielt in der Theorie der Partitionsfunktion eine entscheidende Rolle.

Denn die Maclaurinsche Reihe für den Kehrwert des Eulerschen Produkts trägt die Partitionszahlen[5] als Koeffizienten:

Dabei steht P(n) für die n-te Partitionszahl.

Die Maclaurinsche Reihe für das Eulersche Produkt selbst hat an allen Summanden die Fünfeckszahlen und Kartenhauszahlen als Exponenten:

Dabei steht F(n) für die n-te Fünfeckszahl und K(n) für die n-te Kartenhauszahl:

Diese Tatsache[6] basiert auf dem Pentagonalzahlensatz von Leonhard Euler.

Thetafunktion und Psifunktion

Das Eulersche Produkt[7] kann auch mit der Jacobischen Thetafunktion und der Ramanujanschen Psifunktion ausgedrückt werden:

Speziell für positive x-Werte gilt außerdem:

Der Mathematiker Srinivasa Ramanujan entdeckte folgende Beziehung[8] zu den Thetafunktionen:

Sie finden sich in seinem Aufsatz Modular Equations and Approximations to π. Aus den beiden zuletzt genannten Formeln folgt:

Für die Thetafunktionen dienen diese Formeln zur Definition:

Die Ramanujansche Ψ-Funktion ist über jene Formel definiert:

Rogers-Ramanujan-Kettenbruch

Mit dem Pochhammer-Symbol kann auch die Rogers-Ramanujan-Kettenbruchfunktion R(x) dargestellt werden:

In der ersten Zeile der Gleichungskette werden die Rogers-Ramanujan-Identitäten repräsentiert.

Dabei wurden für eine kompaktere Darstellung die Abkürzungen verwendet:

Einzelnachweise

  1. ↑ L. Pochhammer: Ueber die Differentialgleichung der allgemeineren hypergeometrischen Reihe mit zwei endlichen singulären Punkten. Journal für die reine und angewandte Mathematik, Band 102, S. 76–159, 1888; insbesondere S. 80–81. Pochhammer benutzt die Bezeichnung für den Binomialkoeffizienten, für die fallende Faktorielle und für die steigende Faktorielle.
  2. ↑ Eric W. Weisstein: Pochhammer Symbol. In: MathWorld. Abgerufen am 9. Februar 2019 (englisch).
  3. ↑ Eric W. Weisstein: q-Pochhammer Symbol. In: MathWorld. Abgerufen am 9. Februar 2019 (englisch).
  4. ↑ Eulersches Partitionsprodukt. Im Englischen auch Euler function, doch ist dieser Begriff mehrdeutig.
  5. ↑ 3.3 Partitions of Integers. Abgerufen am 30. August 2021.
  6. ↑ Eric W. Weisstein: Pentagonal Number Theorem. Abgerufen am 30. August 2021 (englisch).
  7. ↑ Eric W. Weisstein: q-Pochhammer Symbol. Abgerufen am 30. August 2021 (englisch).
  8. ↑ Eric W. Weisstein: Ramanujan g- and G-Functions. Abgerufen am 30. August 2021 (englisch).