1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

الرياضيات : التحليل : التحليل العقدي :

Dawson,s Integral

المؤلف:  Abramowitz, M. and Stegun, I. A.

المصدر:  Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover

الجزء والصفحة:  ...

18-11-2018

1613

Dawson's Integral

DawsonsIntegral

Dawson's integral (Abramowitz and Stegun 1972, pp. 295 and 319), also sometimes called Dawson's function, is the entire function given by the integral

F(x) = e^(-x^2)int_0^xe^(y^2)dy

(1)

= 1/2sqrt(pi)e^(-x^2)erfi(x),

(2)

where erfi(x) is erfi, that arises in computation of the Voigt lineshape (Harris 1948, Hummer 1963, Sajo 1993, Lether 1997), in heat conduction, and in the theory of electrical oscillations in certain special vacuum tubes (McCabe 1974). It is commonly denoted F(x) (McCabe 1974; Coleman 1987; Milone and Milone 1988; Sajo 1993; Lether 1997; Press et al. 2007, p. 302), although Spanier and Oldham (1987) denote it by daw(x).

Dawson's integral is implemented in the Wolfram Language as DawsonF[z].

It is an odd function, so

 F(-x)=-F(x).

(3)

Its derivative is

 d/(dx)F(x)=1-2xF(x)

(4)

and its indefinite integral is

 intF(x)dx=1/2x^2_2F_2(1,1;3/2,2;-x^2),

(5)

where _2F_2(a,b;c,d;z) is a generalized hypergeometric function.

It is the particular solution to the differential equation

(6)

(McCabe 1974).

Its Maclaurin series is given by

F(x) = sum_(n=0)^(infty)((-1)^n2^n)/((2n+1)!!)x^(2n+1)

(7)

= x-2/3x^3+4/(15)x^5-8/(105)x^7+...

(8)

(OEIS A122803 and A001147). If has the asymptotic series

 F(x)∼1/(2x)+1/(4x^3)+....

(9)

It also arises in the semi-integral of e^(-x) via

 D^(-1/2)e^(-x)=2/(sqrt(pi))F(sqrt(x))

(10)

(Spanier and Oldham 1987, p. 406).

It is given by the sums

F(x) = 1/2xsqrt(pi)sum_(k=0)^(infty)((-1)^kx^(2k))/(Gamma(k+3/2))

(11)

= xsum_(k=0)^(infty)((-1)^kx^(2k))/((3/2)_k)

(12)

(Spanier and Oldham 1987, p. 407), where Gamma(z) is the gamma function and (z)_k is a Pochhammer symbol.

Dawson's integral has continued fractions

F(z) = 1/(1+)(2z^2)/(3-)(4z^2)/(5+)(6z^2)/(7-)(8z^2)/(9+)...

(13)

= z/(1+2z^2-)(4z^2)/(3+2z^2-)(8z^2)/(5+2z^2-)(12z^2)/(7+2z^2-)...

(14)

(McCabe 1974).

DawsonPlusReImDawsonPlusContours

The plots above show the behavior of F(z) in the complex plane.

F has a maximum at , or

 1-sqrt(pi)e^(-x^2)xerfi(x)=0,

(15)

giving

 F(0.9241388730)=0.5410442246

(16)

(OEIS A133841 and A133842), and an inflection at , or

 -2x+sqrt(pi)e^(-x^2)(2x^2-1)erfi(x)=0,

(17)

giving

 F(1.5019752683)=0.4276866160

(18)

(OEIS A133843).

The function is sometimes generalized such that

 D_+/-(x)=e^(∓x^2)int_0^xe^(+/-y^2)dy,

(19)

giving

D_+(x) = 1/2sqrt(pi)e^(-x^2)erfi(x)

(20)

D_-(x) = 1/2sqrt(pi)e^(x^2)erf(x),

(21)

where erf(z) is the erf function and erfi(z) is the imaginary error function erfi.

DawsonMinusReImDawsonMinusContours

The plots above show the behavior of D_-(z) in the complex plane.


REFERENCES:

Abramowitz, M. and Stegun, I. A. (Eds.). Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover, pp. 295 and 319, 1972.

Cody, W. J.; Pociorek, K. A.; and Thatcher, H. C. "Chebyshev Approximations for Dawson's Integral." Math. Comput. 24, 171-178, 1970.

Coleman, J. P. "Complex Polynomial Approximation by the Lanczos tau-Method: Dawson's Integral." J. Comput. Appl. Math. 20, 137-151, 1987.

Dawson, F. "On the Numerical Value of int_0^he^(x^2)dx." London Math. Soc. Proc. 29, 519-522, 1898.

Dijkstra, D. A. "A Continued Fraction Expansion for a Generalization of Dawson's Integral." Math. Comp. 31, 503-510, 1977.

Faddeyeva, V. N. and Terent'ev, N. M. Tables of Values of the Function w(z)=e^(-z^2)(1+2i/sqrtpiint_0^ze^(t^2)dt) for Complex Argument. New York: Pergamon Press, 1961.

Harris, D. III. "On the Line Absorption Coefficients Due to Doppler Effect and Damping." Astrophys. J. 108, 1120-115, 1948.

Hummer, D. G. "Noncoherent Scattering I. The Redistribution Functions with Doppler Broadening." Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 125, 21-37, 1963.

Hummer, D. G. "Expansion of Dawson's Function in a Series of Chebyshev Polynomials." Math. Comput. 18, 317-319, 1964.

Lether, F. G. "Elementary Approximations for Dawson's Integral." J. Quant. Spectros. Radiat. Transfer 4, 343-345, 1991.

Lether, F. G. "Constrained Near-Minimax Rational Approximations to Dawson's Integral." Appl. Math. Comput. 88, 267-274, 1997.

Lohmander, B. and Rittsten, S. "Table of the Function y=e^(-x^2)int_0^xe^(t^2)dt." Kungl. Fysiogr. Sällsk. i Lund Föhr. 28, 45-52, 1958.

Luke, Y. L. The Special Functions and their Approximations, Vol. 2. New York: Academic Press, 1969.

McCabe, J. H. "A Continued Fraction Expansion with a Truncation Error Estimate for Dawson's Integral." Math. Comput. 28, 811-816, 1974.

Milone, L. A. and Milone, A. A. E. "Evaluation of Dawson's Function." Astrophys. Space Sci. 147, 189-191, 1988.

Moshier, S. L. Methods and Programs for Mathematical Functions. Chichester, England: Ellis Horwood, 1989.

Press, W. H.; Flannery, B. P.; Teukolsky, S. A.; and Vetterling, W. T. "Dawson's Integral." §6.10 in Numerical Recipes: The Art of Scientific Computing, 3rd ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 302-304, 2007.

Rosser, J. B. "Theory and Application of int_0^ze^(-x^2)dx and int_0^ze^(-p^2y^2)dy." Brooklyn, NY: Mapleton House, 1948.

Rybicki, G. B. "Dawson's Integral and the Sampling Theorem." Computers in Physics 3, 85-87, 1989.

Sajo, E. "On the Recursive Properties of Dawson's Integral." J. Phys. A 26, 2977-2987, 1993.

Sloane, N. J. A. Sequences A001147/M3002, A122803, A133841, A133842, and A133843 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

Spanier, J. and Oldham, K. B. "Dawson's Integral." Ch. 42 in An Atlas of Functions. Washington, DC: Hemisphere, pp. 405-410, 1987.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي