Fungsi Lambert W
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b9/Mplwp_lambert_W_branches.svg/288px-Mplwp_lambert_W_branches.svg.png)
Dalam matematika, Fungsi Lambert W, juga disebut fungsi omega atau logaritma produk, adalah multinilai fungsi, yaitu cabang dari hubungan terbalik fungsi f(w) = wew, dengan w adalah salah satu bilangan kompleks dan ew adalah fungsi eksponensial.
Untuk setiap bilangan bulat k ada satu cabang, dilambangkan dengan Wk(z), yang merupakan fungsi bernilai kompleks dari satu argumen kompleks. W0 dikenal sebagai cabang utama. Fungsi-fungsi ini memiliki properti berikut: jika z dan w adalah bilangan kompleks, maka
memegang jika dan hanya jika
Saat berhadapan dengan bilangan real saja, kedua cabang tersebut W0 dan W−1 cukup: untuk bilangan real x dan y persamaan
bisa diselesaikan untuk y hanya jika x ≥ −1e; kita mendapatkan y = W0(x) jika x ≥ 0 dan dua nilai y = W0(x) dan y = W−1(x) jika −1e ≤ x < 0.
Relasi Lambert W tidak bisa diekspresikan dalam istilah fungsi dasar.[1] Ini berguna dalam kombinatorik, misalnya, dalam pencacahan pohon. Ini dapat digunakan untuk menyelesaikan berbagai persamaan yang melibatkan eksponensial (misalnya maksimum dari Planck, Bose–Einstein, dan Distribusi Fermi-Dirac) dan juga terjadi dalam larutan penundaan diferensial, seperti y′(t) = a y(t − 1). Dalam biokimia, dan khususnya kinetika enzim, solusi bentuk terbuka untuk analisis kinetika waktu-kursus dari kinetika Michaelis–Menten dijelaskan dalam istilah fungsi Lambert W.
Cabang utama dari fungsi Lambert W di bidang kompleks. Perhatikan potongan cabang di sepanjang sumbu nyata negatif, berakhir pada −1e. Dalam gambar ini, rona suatu titik z ditentukan oleh argumen dari W(z), dan kecerahan dengan nilai absolut dari W(z).
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/8b/Lambert-modulus-HSV.png/300px-Lambert-modulus-HSV.png)
Istilah
Fungsi Lambert W dinamai Johann Heinrich Lambert. Cabang utama W0 dilambangkan dengan Wp di Perpustakaan Digital Fungsi Matematika, dan cabangnya W−1 dilambangkan dengan Wm di sana.
Konvensi notasi yang dipilih di sini (dengan W0 dan W−1) mengikuti referensi kanonis pada fungsi Lambert W oleh Corless, Gonnet, Hare, Jeffrey dan Knuth.[2]
Nama "logaritma produk" dapat dipahami sebagai berikut: Karena fungsi invers dari f(w) = ew disebut logaritma, masuk akal untuk memanggil fungsi invers dari produk wew sebagai "logaritma produk". Ini terkait dengan Konstanta Omega, yang sama dengan W0(1).
Sejarah
Lambert pertama kali mempertimbangkan Persamaan Transendental Lambert terkait pada 1758,[3] yang mengarah ke artikel oleh Leonhard Euler pada tahun 1783[4] yang membahas kasus khusus wew.
Fungsi yang dianggap Lambert adalah
Euler mengubah persamaan ini menjadi bentuk
Kedua penulis mendapatkan solusi seri untuk persamaan mereka.
Setelah Euler menyelesaikan persamaan ini, dia mempertimbangkan kasusnya a = b. Mengambil batasan dia menurunkan persamaan
Dia kemudian meletakkan a = 1 dan memperoleh solusi deret konvergen untuk persamaan yang dihasilkan, mengekspresikan x dalam suku-suku c .
Setelah mengambil turunan sehubungan dengan x dan beberapa manipulasi, diperoleh bentuk standar dari fungsi Lambert.
Pada tahun 1993, ketika dilaporkan bahwa fungsi Lambert W memberikan solusi yang tepat untuk kuantum-mekanik model fungsi delta sumur Dirac untuk muatan yang sama—masalah mendasar dalam fisika — Tanpa biji dan pengembang sistem aljabar komputer Maple melakukan pencarian perpustakaan dan menemukan bahwa fungsi ini ada di mana-mana.[2][5]
Contoh lain di mana fungsi ini ditemukan adalah di kinetika Michael–Menten.
Meskipun sudah menjadi pengetahuan cerita rakyat bahwa fungsi Lambert W tidak dapat diekspresikan dalam istilah fungsi dasar (Liouvillian), bukti terbitan pertama tidak muncul hingga 2008.[6]
Sifat dasar, cabang dan jangkauan
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/76/Imaginary_part_of_the_Lambert_W%28n%2Cx%2Bi_y%29_for_various_branches_%28n%29.jpg/220px-Imaginary_part_of_the_Lambert_W%28n%2Cx%2Bi_y%29_for_various_branches_%28n%29.jpg)
Ada banyak sekali cabang dari fungsi W, dilambangkan dengan Wk(z), untuk bilangan bulat k; W0(z) menjadi cabang utama (atau kepala sekolah). W0(z) didefinisikan untuk semua bilangan kompleks z sementara Wk(z) dengan k ≠ 0 didefinisikan untuk semua bukan nol z . Kita punya W0(0) = 0 dan limz→0 Wk(z) = −∞ untuk semua k ≠ 0.
Titik cabang untuk cabang utama ada di z = −1e, dengan potongan cabang yang meluas ke −∞ sepanjang sumbu negatif nyata. Potongan cabang ini memisahkan cabang utama dari dua cabang W−1 dan W1. Di semua cabang Wk dengan k ≠ 0, ada titik bercabang di z = 0 dan sebuah cabang dipotong di sepanjang sumbu nyata negatif.
Fungsi Wk(z), k ∈ Z semuanya injektif dan rentangnya terputus-putus. Rentang dari seluruh fungsi multinilai W adalah bidang kompleks. Bayangan dari sumbu nyata adalah gabungan dari sumbu nyata dan kuadratrik dari Hippias, kurva parametrik w = −t cot t + it.
Invers
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ab/InvertW.jpg/220px-InvertW.jpg)
Plot rentang di atas juga menggambarkan daerah dalam bidang kompleks tempat hubungan inbers sederhana ' adalah benar. f=zez menyiratkan bahwa ada n seperti itu , di mana n akan bergantung pada nilai z . Nilai bilangan bulat n akan berubah secara tiba-tiba saat zez berada di potongan cabang yang berarti itu zez ≤ 0, kecuali untuk di mana tempatnya zez ≤ -1/e.
Menetapkan di mana x dan y . Mengekspresikan e z dalam koordinat polar, terlihat bahwa:
Untuk , cabang dipotong untuk akan menjadi sumbu nyata non-positif sehingga:
dan
Untuk , cabang dipotong untuk akan menjadi sumbu nyata dengan sehingga ketimpangan menjadi:
Di dalam wilayah yang dibatasi oleh hal di atas, tidak akan ada perubahan yang terputus-putus dan wilayah tersebut akan menentukan di mana fungsi W dapat dibalik: yaitu .
Kalkulus
Turunan
Dengan diferensiasi implisit, seseorang dapat menunjukkan bahwa semua cabang dari W memenuhi persamaan diferensial
(W bukan dapat dibedakan untuk z = −1e.) Akibatnya, kami mendapatkan rumus berikut untuk turunan dari W:
Menggunakan identitas eW(z) = zW(z), kami mendapatkan rumus setara berikut:
Di asalnya kita punya
Antiturunan
Fungsi W(x), dan banyak ekspresi yang melibatkan W(x), bisa terintegrasi menggunakan substitusi w = W(x), yaitu x = wew:
(Persamaan terakhir lebih umum dalam literatur tetapi tidak berlaku pada x = 0). Salah satu konsekuensi dari ini (menggunakan fakta bahwa W0(e) = 1) adalah identitas
Ekspansi asimtotik
Deret Taylor dari W0 sekitar 0 dapat ditemukan menggunakan Teorema inversi Lagrange dan diberikan oleh
Radius konvergensi adalah 1e, seperti yang dapat dilihat oleh uji rasio. Fungsi yang ditentukan oleh deret ini dapat diperluas menjadi fungsi holomorfik yang ditentukan pada semua bilangan kompleks dengan potongan cabang sepanjang interval (−∞, −1e]; fungsi holomorfik ini mendefinisikan cabang utama dari fungsi Lambert W.
Untuk nilai besar dari x, W0 asimtotik dengan
dimana L1 = ln x, L2 = ln ln x, dan [l + ml + 1] adalah sebuah Bilangan Stirling dari jenis pertama non-negatif.[2] Mempertahankan hanya dua istilah pertama dari ekspansi,
Cabang real lainnya, W−1, didefinisikan dalam interval [−1e, 0),memiliki pendekatan dalam bentuk yang sama ketika x mendekati nol, dengan dalam kasus ini L1 = ln(−x) dan L2 = ln(−ln(−x)).[2]
Itu menunjukkan[7] yang dipegang oleh batas berikut (batas atas hanya untuk x ≥ e):
Pada tahun 2013, itu sudah dibuktikan[8] bahwa cabang W−1 bisa dibatasi sebagai berikut:
Bilangan bulat pangkat dan kompleks
Bilangan bulat pangkat dari W0 juga mengakui ekspansi deret Taylor (atau Laurent) sederhana:
Secara lebih umum, untuk r ∈ ℤ, Rumus inversi Lagrange diberikan
yang, secara umum, merupakan rangkaian urutan Laurent r. Dengan kata lain, yang terakhir dapat ditulis dalam bentuk perluasan kekuatan Taylor W0(x) / x:
yang berlaku untuk semua dan .
Identitas
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/88/A_Lambert_W_function_identity.jpg/220px-A_Lambert_W_function_identity.jpg)
Beberapa identitas mengikuti dari definisi tersebut:
Perhatikan itu, karena f(x) = xex tidak injeksi, tidak selalu begitu W(f(x)) = x, mirip dengan fungsi trigonometri terbalik. Untuk diperbaiki x < 0 dan x ≠ −1, persamaan xex = yey memiliki dua solusi di y, salah satunya tentu saja y = x. Kemudian, untuk i = 0 dan x < −1, serta untuk i = −1 dan x ∈ (−1, 0), y = Wi(xex) adalah solusi lainnya.
Beberapa identitas lainnya:[9]
- [10]
- (yang dapat diperpanjang ke n dan x lainnya jika cabang yang benar dipilih).
Mengganti −ln x dalam definisi:
Dengan eksponensial iterasi Euler h(x):
Nilai khusus
Untuk sembarang bilangan aljabar bukan nol x, W(x) adalah bilangan transendental. Memang, jika W(x) adalah nol, maka x harus nol juga, dan jika W(x) bukan nol dan aljabar, lalu menurut teorema Lindemann–Weierstrass, eW(x) harus transendental, menyiratkan itu x = W(x)eW(x) juga harus transendental.
Berikut ini adalah nilai khusus dari cabang utama:
- (konstanta Omega).
Representasi
Cabang utama dari fungsi Lambert dapat diwakili oleh integral yang tepat, karena Poisson:[11]
Di domain yang lebih luas −1e ≤ x ≤ e, representasi yang jauh lebih sederhana ditemukan oleh Mező:[12]
Representasi pecahan berlanjut berikut juga berlaku untuk cabang utama:[13]
Juga, jika :[14]
Gantinya, jika , maka
Plot
- Plot fungsi Lambert W pada bidang kompleks
-
-
-
- Superimposisi dari tiga plot sebelumnya
Lihat pula
- Fungsi Wright Omega
- Persamaan trinomial Lambert
- Teorema inversi Lagrange
- Matematika eksperimental
- Metode Holstein–Herring
- R = T model
- Ross' π lemma
Catatan
- ^ Chow, Timothy Y. (1999), "What is a closed-form number?", American Mathematical Monthly, 106 (5): 440–448, arXiv:math/9805045
, doi:10.2307/2589148, JSTOR 2589148, MR 1699262 .
- ^ a b c d Corless, R. M.; Gonnet, G. H.; Hare, D. E. G.; Jeffrey, D. J.; Knuth, D. E. (1996). "On the Lambert W function". Advances in Computational Mathematics. 5: 329–359. arXiv:1809.07369
. doi:10.1007/BF02124750. Diarsipkan dari versi asli (PostScript) tanggal 2011-08-28. Diakses tanggal 2020-10-20. Parameter
|s2cid=
yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan) - ^ Lambert J. H., "Observationes variae in mathesin puram" Diarsipkan 2022-01-28 di Wayback Machine., Acta Helveticae physico-mathematico-anatomico-botanico-medica, Band III, 128–168, 1758.
- ^ Euler, L. "De serie Lambertina Plurimisque eius insignibus proprietatibus" Diarsipkan 2012-07-29 di Wayback Machine.. 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.
- ^ Corless, R. M.; Gonnet, G. H.; Hare, D. E. G.; Jeffrey, D. J. (1993). "Lambert's W function in Maple". The Maple Technical Newsletter. 9: 12–22. CiteSeerX 10.1.1.33.2556
.
- ^ Bronstein, Manuel; Corless, Robert M.; Davenport, James H.; Jeffrey, D.J. (2008). "Algebraic properties of the Lambert W function from a result of Rosenlicht and of Liouville". Integral Transforms and Special Functions. 19 (10): 709–712. doi:10.1080/10652460802332342.
- ^ A. Hoorfar, M. Hassani, Inequalities on the Lambert W Function and Hyperpower Function Diarsipkan 2022-12-13 di Wayback Machine., JIPAM, volume 9, issue 2, article 51. 2008.
- ^ Chatzigeorgiou, I. (2013). "Bounds on the Lambert function and their Application to the Outage Analysis of User Cooperation". IEEE Communications Letters. 17 (8): 1505–1508. arXiv:1601.04895
. doi:10.1109/LCOMM.2013.070113.130972. Parameter
|s2cid=
yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan) - ^ "Lambert function: Identities (formula 01.31.17.0001)". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2022-01-21. Diakses tanggal 2020-10-20.
- ^ "Lambert W-Function". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2012-11-17. Diakses tanggal 2020-10-20.
- ^ Finch, S. R. (2003). Mathematical constants. Cambridge University Press. hlm. 450.
- ^ István, Mező. "An integral representation for the principal branch of Lambert the W function". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2023-02-03. Diakses tanggal 7 November 2017.
- ^ Dubinov, A. E.; Dubinova, I. D.; Saǐkov, S. K. (2006). The Lambert W Fungsi dan Aplikasinya pada Soal Matematika Fisika (dalam bahasa Rusia). RFNC-VNIIEF. hlm. 53.
- ^ Robert M., Corless; David J., Jeffrey; Donald E., Knuth (1997). A sequence of series for the Lambert W function. Proceedings of the 1997 International Symposium on Symbolic and Algebraic Computation. hlm. 197–204. doi:10.1145/258726.258783. ISBN 978-0897918756. Parameter
|s2cid=
yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
Referensi
- Corless, R.; Gonnet, G.; Hare, D.; Jeffrey, D.; Knuth, Donald (1996). "On the Lambert W function" (PDF). Advances in Computational Mathematics. 5: 329–359. doi:10.1007/BF02124750. ISSN 1019-7168. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2010-12-14. Diakses tanggal 2007-03-10. Parameter
|url-status=
yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan); Parameter|s2cid=
yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan) - Chapeau-Blondeau, F.; Monir, A. (2002). "Evaluation of the Lambert W Function and Application to Generation of Generalized Gaussian Noise With Exponent 1/2" (PDF). IEEE Trans. Signal Process. 50 (9). doi:10.1109/TSP.2002.801912. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2012-03-28. Diakses tanggal 2004-03-10. Parameter
|url-status=
yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan) - Francis; et al. (2000). "Quantitative General Theory for Periodic Breathing". Circulation. 102 (18): 2214–21. CiteSeerX 10.1.1.505.7194
. doi:10.1161/01.cir.102.18.2214. PMID 11056095. Parameter
|s2cid=
yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan) (Lambert function is used to solve delay-differential dynamics in human disease.) - Hayes, B. (2005). "Why W?" (PDF). American Scientist. 93 (2): 104–108. doi:10.1511/2005.2.104. Diarsipkan (PDF) dari versi asli tanggal 2022-10-24. Diakses tanggal 2020-10-20.
- Roy, R.; Olver, F. W. J. (2010), "Lambert W function", dalam Olver, Frank W. J.; Lozier, Daniel M.; Boisvert, Ronald F.; Clark, Charles W., NIST Handbook of Mathematical Functions, Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-19225-5, MR 2723248
- Stewart, Seán M. (2005). "A New Elementary Function for Our Curricula?" (PDF). Australian Senior Mathematics Journal. 19 (2): 8–26. ISSN 0819-4564. ERIC EJ720055. Diarsipkan (PDF) dari versi asli tanggal 2023-02-03. Diakses tanggal 2020-10-20. Ringkasan.
- Veberic, D., "Having Fun with Lambert W(x) Function" arXiv:1003.1628 (2010) Diarsipkan 2022-05-01 di Wayback Machine.; Veberic, D. (2012). "Lambert W function for applications in physics". Computer Physics Communications. 183 (12): 2622–2628. arXiv:1209.0735
. Bibcode:2012CoPhC.183.2622V. doi:10.1016/j.cpc.2012.07.008. Parameter
|s2cid=
yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan) - Chatzigeorgiou, I. (2013). "Bounds on the Lambert function and their Application to the Outage Analysis of User Cooperation". IEEE Communications Letters. 17 (8): 1505–1508. arXiv:1601.04895
. doi:10.1109/LCOMM.2013.070113.130972. Parameter
|s2cid=
yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
Pranala luar
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4a/Commons-logo.svg/30px-Commons-logo.svg.png)
- National Institute of Science and Technology Digital Library – Lambert W Diarsipkan 2012-10-15 di Wayback Machine.
- MathWorld – Lambert W-Function Diarsipkan 2012-11-17 di Wayback Machine.
- Computing the Lambert W function
- Corless et al. Notes about Lambert W research Diarsipkan 2012-04-08 di Wayback Machine.
- GPL C++ implementation Diarsipkan 2023-06-10 di Wayback Machine. with Halley's and Fritsch's iteration.
- Special Functions Diarsipkan 2019-05-20 di Wayback Machine. of the GNU Scientific Library Diarsipkan 2021-01-22 di Wayback Machine. – GSL
- l
- b
- s
- Fungsi konstan (0)
- Fungsi linear (1)
- Fungsi kuadrat (2)
- Fungsi kubik (3)
- Fungsi kuartik (4)
- Fungsi kuintik (5)
teori bilangan
- Fungsi Möbius
- Fungsi partisi
- Fungsi perhitungan bilangan prima
- Fungsi phi Euler
- Fungsi sigma
huruf Yunani
- Fungsi beta
- Dirichlet
- taklengkap
- Fungsi chi
- Legendre
- Fungsi delta
- Fungsi delta Dirac
- Fungsi delta Kronecker
- potensial delta
- Fungsi eta
- Dirichlet
- Fungsi gamma
- Fungsi digamma
- Barnes
- Meijer
- banyak
- eliptik
- Hadamard
- multivariabel
- p-adik
- q
- taklengkap
- Fungsi poligamma
- Fungsi trigamma
- Fungsi lambda
- Dirchlet
- modular
- von Mangoldt
- Fungsi mu
- Möbius
- Fungsi phi
- Fungsi pi
- Fungsi sigma
- Weierstrass
- Fungsi theta
- Fungsi zeta
- Hurwitz
- Riemann
- Weierstrass
nama matematikawan
- Airy
- Ackermann
- Bessel
- Bessel–Clifford
- Bottcher
- Chebyshev
- Clausen
- Dawson
- Dirichlet
- beta
- eta
- L
- lambda
- Faddeeva
- Fermi–Dirac
- lengkap
- taklengkap
- Fresnel
- Fox
- Gudermann
- Hermite
- Fungsi Jacob
- eliptik Jacobi
- Kelvin
- Fungsi Kummer
- Fungsi Lambert
- W
- Lamé
- Laguerre
- Legendre
- chi
- iring
- Liouville
- Mathieu
- Meijer
- Mittag-Leffler
- Painlevé
- Riemann
- xi
- zeta
- Riesz
- Scorer
- Spence
- von Mangoldt
- Weierstrass
- eliptik
- eta
- sigma
- zeta
- Fungsi bagian bilangan bulat
- Fungsi gergaji
- Fungsi indikator
- Fungsi nilai mutlak
- Fungsi persegi
- Fungsi segitiga
- Fungsi tanda
- Fungsi tangga
- Aritmetik-geometrik
- eliptik
- Fungsi hiperbolik
- konfluen
- K
- sinkrotron
- tabung parabolik
- tanda tanya Minkowski
- Pentasi
- Student
- Tetrasi