朗伯W函数

更新时间:2024-03-21 17:27

朗伯W函数(Lambert W Function),又称为“欧米加函数”或“乘积对数函数(product log function)”,是 f(w)=w.exp(w) 的反函数,其中exp(w) 是指数函数,w 是任意数。对于任意复数z,都有z=w(z)*e*。

命名

朗伯W函数(Lambert W Function)由约翰·海因里希·朗伯(Johann HeinrichLambert)命名。在Digital Library of Mathematical Functions(储存特殊函数的数学运用的一个网络项目)中主分支

被表示为

,分支 被表示为 。

微分与积分

微分

满足微分方程

所以

此外,我们有

积分

函数 或一些包含 的表达式可运用代换 进行积分。( )

特殊的有

渐近展开式

函数 有泰勒展开式

收敛半径为 。

对于大的数 , 有渐近展开式

其中 , , 是非负的第一类斯特灵数(Stirling number of the first kind)。

展开式中只留前两项

另一分支 ,当 时有相似的渐进展开式, , 。

复数次方

的平方有泰勒公式

更一般的情况下,当 是整数,有

的 次方有泰勒公式

其中 是任意复数,

恒等式

用朗伯W函数的定义,我们有

特殊值

当 为一非0的代数时, 为超越数。如果 为非0的代数数,运用林德曼-魏尔斯特拉斯定理(Lindemann–Weierstrass theorem), 一定是超越的,因此 也是超越数。

其中 为欧米加常数(Omega constant)。

举例介绍

朗伯W函数可以解许多包含指数函数 的方程。其中主要的方法是把所有未知数移向一边,令方程变成 形式,解出 。

例子1

更一般的

其中 ,可以使用代换

解出

因此最后答案为

如果 ,方程有第二个解

例子2

因为根据定义,有

例子3

关于超-4运算(tetration,另见超运算)的方程

如果超运算收敛至一个数 ,则

解出

例子4

的解为

例子5

延迟微分方程(delay differential equation)

特征方程

解出

其中 为朗伯W函数的分支。如果 ,则只用考虑其主分支 。

数值估算

朗伯W函数可以用牛顿迭代法(Newton's method)求其近似值 使 。

函数亦可以使用哈雷迭代法(Halley's method)求近似值。

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