المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية
تـشكيـل اتـجاهات المـستـهلك والعوامـل المؤثـرة عليـها
2024-11-27
النـماذج النـظريـة لاتـجاهـات المـستـهلـك
2024-11-27
{اصبروا وصابروا ورابطوا }
2024-11-27
الله لا يضيع اجر عامل
2024-11-27
ذكر الله
2024-11-27
الاختبار في ذبل الأموال والأنفس
2024-11-27

عبد الرحمن شنجول
27/11/2022
فريق عمل الإخراج التليفزيوني- الكوافير
14/9/2022
قريش تحاولُ تطميع رسول اللّه!
22-4-2017
أنواع التفويض
1-4-2016
الكتل الهوائية Air Masses
2024-11-10
الحركة الفكرية وتنامي الوعي القومي في العراق.
2023-07-06

Lambert W-Function  
  
3106   03:33 مساءً   date: 21-7-2019
Author : Banwell, T. C. and Jayakumar, A.
Book or Source : "Exact Analytical Solution for Current Flow Through Diode with Series Resistance." Electronics Lett. 36
Page and Part : ...


Read More
Date: 17-9-2019 948
Date: 16-8-2018 1579
Date: 29-9-2018 1776

Lambert W-Function

LambertWFunction

The Lambert W-function, also called the omega function, is the inverse function of

 f(W)=We^W.

(1)

The plot above shows the function along the real axis. The principal value of the Lambert W-function is implemented in the Wolfram Language as ProductLog[z]. Different branches of the function are available in the Wolfram Language as ProductLog[kz], where k is any integer and k=0 corresponds to the principal value. Although undocumented, LambertW[kz] autoevaluates to ProductLog[kz] in the Wolfram Language.

Lambert (1758) considered the solution to

 x^a-x^b=(a-b)vx^(a+b),

(2)

now known as Lambert's transcendental equation. Euler heard about Lambert's paper in 1764 when Lambert moved from Zurich to Berlin. After some private disputes about the priorities of some related series expansions in 1770/1771, Euler (1783) wrote a paper about Lambert's transcendental equation in which he introduced a special case which reduces to wa^w=lx, which is nearly the definition of W(x), although Euler proposed defining a function more like -W(-x). Euler considered series solutions in this paper and, in the first paragraph, explicitly quotes Lambert as the one who first considered this equation.

Eisenstein (1844) considered the series of the infinite power tower

(3)

which can be expressed in closed form as

 h(z)=-(W(-lnz))/(lnz).

(4)

Pólya and Szegö (1925) were the first to use the symbol W for the Lambert function.

Banwell and Jayakumar (2000) showed that a W-function describes the relation between voltage, current, and resistance in a diode, and Packel and Yuen (2004) applied the W-function to a ballistic projectile in the presence of air resistance. Other applications have been discovered in statistical mechanics, quantum chemistry, combinatorics, enzyme kinetics, the physiology of vision, the engineering of thin films, hydrology, and the analysis of algorithms (Hayes 2005).

LambertWReImAbs
 
 
  Min   Max    
  Re    
  Im      

The Lambert W-function is illustrated above in the complex plane.

LambertWRiemannSurfaces

The real (left) and imaginary (right) parts of the analytic continuation of W(z) over the complex plane are illustrated above (M. Trott, pers. comm.).

W(x) is real for x>=-1/e. It has the special values

W(-1/2pi) = 1/2ipi

(5)

W(-e^(-1)) = -1

(6)

W(0) = 0

(7)

W(1) = 0.567143....

(8)

W(1)=0.567143... (OEIS A030178) is called the omega constant and can be considered a sort of "golden ratio" of exponentials since

 exp[-W(1)]=W(1),

(9)

giving

 ln[1/(W(1))]=W(1).

(10)

The Lambert W-function obeys the identity

 W(x)+W(y)=W(xy(1/(W(x))+1/(W(y))))

(11)

(pers. comm. from R. Corless to O. Marichev, Sep. 29, 2015).

 
 
  Min   Max    
  Re    
  Im      

The function W(ze^z)/z has a very complicated structure in the complex plane, but is simply equal to 1 for R[z]>=1 and a slightly extended region above and below the real axis.

The Lambert W-function has the series expansion

W(x) = sum_(n=1)^(infty)((-1)^(n-1)n^(n-2))/((n-1)!)x^n

(12)

= x-x^2+3/2x^3-8/3x^4+(125)/(24)x^5-(54)/5x^6+(16807)/(720)x^7+....

(13)

The Lagrange inversion theorem gives the equivalent series expansion

 W(z)=sum_(n=1)^infty((-n)^(n-1))/(n!)z^n,

(14)

where n! is a factorial. However, this series oscillates between ever larger positive and negative values for real z>~0.4, and so cannot be used for practical numerical computation.

An asymptotic formula which yields reasonably accurate results for z>~3 is

W(z) = lnz-lnlnz+sum_(k=0)^(infty)sum_(m=0)^(infty)c_(km)(lnlnz)^(m+1)(lnz)^(-k-m-1)

(15)

= L_1-L_2+(L_2)/(L_1)+(L_2(-2+L_2))/(2L_1^2)+(L_2(6-9L_2+2L_2^2))/(6L_1^3)+(L_2(-12+36L_2-22L_2^2+3L_2^3))/(12L_1^4)+(L_2(60-300L_2+350L_2^2-125L_2^3+12L_2^4))/(60L_1^5)+O[((L_2)/(L_1))^6],

(16)

where

L_1 = lnz

(17)

L_2 = lnlnz

(18)

(Corless et al. 1996), correcting a typographical error in de Bruijn (1981). Another expansion due to Gosper (pers. comm., July 22, 1996) is the double series

 W(x)=a+sum_(n=0)^infty{sum_(k=0)^n(S_1(n,k))/([ln(x/a)-a]^(k-1)(n-k+1)!)}[1-(ln(x/a))/a]^n,

(19)

where S_1 is a nonnegative Stirling number of the first kind and a is a first approximation which can be used to select between branches. The Lambert W-function is two-valued for -1/e<=x<0. For W(x)>=-1, the function is denoted W_0(x) or simply W(x), and this is called the principal branch. For W(x)<=-1, the function is denoted W_(-1)(x). The derivative of W is

= 1/([1+W(x)]exp[W(x)])

(20)

= (W(x))/(x[1+W(x)])

(21)

for x!=0. For the principal branch when z>0,

 ln[W(z)]=lnz-W(z).

(22)

The nth derivatives of the Lambert W-function are given by

 W^((n))(z)=(W^(n-1)(z))/(z^n[1+W(z)]^(2n-1))sum_(k=1)^na_(kn)W^k(z),

(23)

where a_(kn) is the number triangle

 1
-2  -1
9    8    2
-64  -79  -36  -6
625    974    622    192    24

(24)

(OEIS A042977). This has exponential generating function

f(x) = (W(e^x(x+y(1+x)^2))-x)/(1+x)

(25)

= y-1/(2!)(x+2)y^2+1/(3!)(2x^2+8x+9)y^3-1/(4!)(6x^3+36x^2+79x+64)y^4+....

(26)


REFERENCES:

Banwell, T. C. and Jayakumar, A. "Exact Analytical Solution for Current Flow Through Diode with Series Resistance." Electronics Lett. 36, 291-292, 2000.

Barry, D. J., Culligen-Hensley, P. J.; and Barry, S. J. "Real Values of the W Function." ACM Trans. Math. Software 21, 161-171, 1995.

Borwein, J. M. and Corless, R. M. "Emerging Tools for Experimental Mathematics." Amer. Math. Monthly 106, 899-909, 1999.

Briggs, K. "W-ology, or, Some Exactly Solvable Growth Models." http://keithbriggs.info/W-ology.html.

Briggs, K. "Graph Theory and Lambert's W function." http://keithbriggs.info/graph_theory_and_W.html.

Corless, R. M. "Material on the Lambert W Function." (Ed. W. W. Küchlin). New York: ACM, pp. 197-204, 1997. http://www.apmaths.uwo.ca/~rcorless/frames/PAPERS/LambertW/.

Corless, R. M.; Gonnet, G. H.; Hare, D. E. G.; Jeffrey, D. J.; and Knuth, D. E. "On the Lambert W Function." Adv. Comput. Math. 5, 329-359, 1996.

Corless, R. M.; Gonnet, G. H.; Hare, D. E. G.; and Jeffrey, D. J. "Lambert's W Function in Maple." Maple Technical Newsletter 9, 12-22, Spring 1993.

Corless, R. M. and Jeffrey, D. J. "The Wright omega Function." In Artificial Intelligence, Automated Reasoning, and Symbolic Computation (Ed. J. Calmet, B. Benhamou, O. Caprotti, L. Henocque and V. Sorge). Berlin: Springer-Verlag, pp. 76-89, 2002.

Corless, R. M.; Jeffrey, D. J.; and Knuth, D. E. "A Sequence of Series for the Lambert W Function." In Proceedings of the 1997 International Symposium on Symbolic and Algebraic Computation, Maui, Hawaii. New York: ACM Press, pp. 197-204, 1997.

de Bruijn, N. G. Asymptotic Methods in Analysis. New York: Dover, pp. 27-28, 1981.

Eisenstein, G. "Entwicklung von alpha^(alpha^(alpha^...))." J. reine angew. Math. 28, 49-52, 1844.

Euler, L. "De serie Lambertina Plurimisque eius insignibus proprietatibus." Acta Acad. Scient. Petropol. 2, 29-51, 1783. Reprinted in Euler, L. Opera Omnia, Series Prima, Vol. 6: Commentationes Algebraicae. Leipzig, Germany: Teubner, pp. 350-369, 1921.

Fritsch, F. N.; Shafer, R. E.; and Crowley, W. P. "Algorithm 443: Solution of the Transcendental Equation we^w=x." Comm. ACM 16, 123-124, 1973.

Gosper, R. W. Jr. "The Solutions of ye^(y^2)=x and ye^y=x." ACM SIGSAM Bull. 32, 8-10, 1998.

Gosper, R. W. "Re: 2nd Order Eulerians." math-fun@cs.arizona.edu posting, July 22, 1996.

Gray, J. J. and Tilling, L. "Johann Heinrich Lambert, Mathematician and Scientist 1728-1777." Historia Math. 5, 13-41, 1978.

Hayes, B. "Why W?" Amer. Sci. 93, 104-108, 2005.

Jeffrey, D. J.; Hare, D. E. G.; and Corless, R. M. "Unwinding the Branches of the Lambert W Function." Math. Scientist 21, 1-7, 1996.

Jeffrey, D. J.; Hare, D. E. G.; and Corless, R. M. "Exact Rational Solutions of a Transcendental Equation." C. R. Math. Acad. Sci. Canada 20, 71-76, 1998.

Jeffrey, D. J.; Corless, R. M.; Hare, D. E. G.; and Knuth, D. E. "Sur l'inversion de y^ae^y au moyen des nombres de Stirling associes." Comptes Rendus Acad. Sci. Paris 320, 1449-1452, 1995.

Kalman, D. "A Generalized Logarithm for Exponential-Linear Equations." College Math. J. 32, 2-14, 2001.

Lambert, J. H. "Observations variae in Mathesin Puram." Acta Helvitica, physico-mathematico-anatomico-botanico-medica 3, 128-168, 1758.

ORCCA. "The Lambert W Function." http://www.orcca.on.ca/LambertW.

Packel, E. and Yuen, D. "Projectile Motion with Resistance and the Lambert W Function." College Math. J. 35, 337-350, 2004.

Pólya, G. and Szegö, G. Aufgaben und Lehrsätze der Analysis. Berlin, 1925. Reprinted as Problems and Theorems in Analysis I. Berlin: Springer-Verlag, 1998.

Sloane, N. J. A. Sequences A030178 and A042977 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

"Time for a New Elementary Function?" FOCUS: Newsletter Math. Assoc. Amer. 20, 2, Feb. 2000.

Valluri, S. R.; Jeffrey, D. J.; and Corless, R. M. "Some Applications of the Lambert W Function to Physics." Canad. J. Phys. 78, 823-831, 2000.

Wright, E. M. "Solution of the Equation ze^z=a." Bull. Amer. Math. Soc. 65, 89-93, 1959.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.