En matemáticas , las funciones elípticas de Weierstrass son funciones elípticas que adoptan una forma particularmente simple. Llevan el nombre de Karl Weierstrass . Esta clase de funciones también se conoce como funciones ℘ y generalmente se indican con el símbolo ℘, una escritura singularmente elegante p . Desempeñan un papel importante en la teoría de las funciones elípticas, es decir, funciones meromórficas que son doblemente periódicas . Una función ℘ junto con su derivada se puede utilizar para parametrizar curvas elípticas y generan el campo de funciones elípticas con respecto a una red de período determinada.
Símbolo de la función Weierstrass
Modelo de Weierstrass -función
Motivación
Una cúbica de la forma , donde hay números complejos con , no puede parametrizarse racionalmente . [1] Sin embargo, uno todavía quiere encontrar una manera de parametrizarlo.
Para el cuádrico ; En el círculo unitario , existe una parametrización (no racional) utilizando la función seno y su derivada, la función coseno:
debido a la periodicidad del seno y el coseno se elige como dominio, por lo que la función es biyectiva.
De manera similar se puede parametrizar mediante la función doblemente periódica (ver en la sección "Relación con curvas elípticas"). Esta parametrización tiene el dominio , que topológicamente es equivalente a un toro . [2]
Hay otra analogía con las funciones trigonométricas. Considere la función integral.
Se puede simplificar sustituyendo y :
Eso significa . Entonces la función seno es una función inversa de una función integral. [3]
Es común utilizar y en el semiplano superior como generadores de la red . Dividiendo por asigna la red isomórficamente a la red con . Porque se puede sustituir , sin pérdida de generalidad, podemos asumir y luego definir .
Establecer y . Entonces la función satisface la ecuación diferencial [6].
Esta relación se puede verificar formando una combinación lineal de potencias de y para eliminar el polo en . Esto produce una función elíptica completa que debe ser constante según el teorema de Liouville . [6]
Invariantes
La parte real del invariante g 3 en función del cuadrado del nomo q en el disco unitario.La parte imaginaria del invariante g 3 en función del cuadrado del nombre q en el disco unitario.
Los coeficientes de la ecuación diferencial anterior g 2 y g 3 se conocen como invariantes . Debido a que dependen de la red, pueden verse como funciones en y .
La expansión en serie sugiere que g 2 y g 3 son funciones homogéneas de grado −4 y −6. Eso es [7] para .
Si y se eligen de tal manera que g 2 y g 3 puedan interpretarse como funciones en el semiplano superior .
Dejar . Uno tiene: [8]
Eso significa que g 2 y g 3 solo se escalan haciendo esto. Las funciones Set y
As de se denominan formas modulares.
La parte real del discriminante en función del cuadrado del nombre q en el disco unitario.
El discriminante modular Δ se define como el discriminante del polinomio en el lado derecho de la ecuación diferencial anterior:
El discriminante es una forma modular de peso 12. Es decir, bajo la acción del grupo modular , se transforma como
donde con anuncio − antes de Cristo = 1. [10]
, y generalmente se utilizan para indicar los valores de la función en los semiperíodos.
Son distintos por pares y solo dependen de la red y no de sus generadores. [12]
, y son las raíces del polinomio cúbico y están relacionadas por la ecuación:
Debido a que esas raíces son distintas, el discriminante no desaparece en el semiplano superior. [13] Ahora podemos reescribir la ecuación diferencial:
Eso significa que los semiperíodos son ceros de .
Las invariantes y se pueden expresar en términos de estas constantes de la siguiente manera: [14] , y están relacionadas con la función lambda modular :
Relación con las funciones elípticas de Jacobi
Para trabajos numéricos, suele ser conveniente calcular la función elíptica de Weierstrass en términos de las funciones elípticas de Jacobi .
Las relaciones básicas son: [15]
donde y son las tres raíces descritas anteriormente y donde el módulo k de las funciones de Jacobi es igual
y su argumento w es igual
Relación con las funciones theta de Jacobi
La función se puede representar mediante las funciones theta de Jacobi :
donde es el nomo y es la relación del período . [16] Esto también proporciona un algoritmo muy rápido para la computación .
Para esta cúbica no existe parametrización racional, si . [1] En este caso también se le llama curva elíptica. Sin embargo existe una parametrización en coordenadas homogéneas que utiliza la función -y su derivada : [17]
Ahora el mapa es biyectivo y parametriza la curva elíptica .
Estas fórmulas también tienen una interpretación geométrica, si se mira la curva elíptica junto con el mapeo como en la sección anterior.
La estructura del grupo de se traduce en la curva y se puede interpretar geométricamente allí:
La suma de tres puntos diferentes por pares es cero si y sólo si se encuentran en la misma recta en . [20]
Esto es equivalente a :
donde y . [21]
Tipografía
La función elíptica de Weierstrass generalmente se escribe con una letra minúscula ℘ bastante especial, que fue la notación que el propio Weierstrass introdujo en sus conferencias de 1862-1863. [nota al pie 1]
En informática, la letra ℘ está disponible como \wpen TeX . En Unicode, el punto de código es U+2118 ℘ SCRIPT CAPITAL P ( ℘, ℘ ), con el alias más correcto de función elíptica weierstrass . [nota al pie 2] En HTML , se puede utilizar como escape .℘
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Este símbolo también se utilizó en la versión de las conferencias de Weierstrass publicadas por Schwarz en la década de 1880. La primera edición de Un curso de análisis moderno de ET Whittaker en 1902 también lo utilizó. [22]
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El Consorcio Unicode ha reconocido dos problemas con el nombre de la letra: la letra es, de hecho, minúscula y no es una letra de clase "escrita", como U+1D4C5 𝓅 SCRIPT MATEMÁTICO SMALL P , sino la letra de la función elíptica de Weierstrass. Unicode agregó el alias como corrección. [23] [24]
Referencias
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