Гипергеометри́ческая фу́нкция (функция Гаусса) — одна из специальных функций. Определяется внутри круга как сумма гипергеометрического ряда

а при  — как её аналитическое продолжение. Она является решением линейного обыкновенного дифференциального уравнения (ОДУ) второго порядка называемого гипергеометрическим уравнением. Гипергеометрический ряд может рассматриваться как обобщение геометрического ряда (отсюда название); частный случай гипергеометрической функции является суммой геометрического ряда.

История Термин «гипергеометрический ряд» впервые был использован Джоном Валлисом в 1655 году в книге Arithmetica Infinitorum. Термин этот относился к ряду, общая формула членов которого имеет вид

Гипергеометрические ряды изучались Леонардом Эйлером, и более подробно Гауссом. В XIX веке изучение было продолжено Эрнстом Куммером, а Бернхард Риман определил гипергеометрическую функцию через уравнение, которому она удовлетворяет.

Гипергеометрическое уравнение Рассмотрим дифференциальное уравнение Эйлера

где параметры , и могут быть произвольными комплексными числами. Его обобщение на произвольные регулярные сингулярные точки даётся дифференциальным уравнением Римана. Уравнение Эйлера имеет три особые точки: 0, 1 и .

Когда параметр не равен нулю и отрицательным целым числам регулярное в нуле решение уравнения Эйлера будет можно записать через ряд, называемый гипергеометрическим:

Эту функцию называют гипергеометрической. Часто применяют обозначение (символ Похгаммера)

где  — гамма-функция (при по определению ). Тогда гипергеометрическую функцию можно представить в виде

Обозначение указывают, что есть два параметра, и , «идущие в числитель», и один, , «идущий в знаменатель». На границе ряд, через который определяется гипергеометрическая функция, абсолютно сходится, если действительная часть суммы , условно сходится при , и расходится, если . Второе линейно независимое решение дифференциального уравнения Эйлера имеет вид

Оно имеет особую точку при и справедливо при всех неположительных .

Интегральное представление для гипергеометрической функции при (формула Эйлера) может быть записано следующим образом:

где  — гамма-функция Эйлера. Это выражение представляет собой однозначную аналитическую функцию на комплексной -плоскости с разрезом вдоль действительной оси от до и обеспечивает аналитическое продолжение на всю комплексную плоскость для гипергеометрического ряда, сходящегося лишь при .

Частные значения при Вторая теорема суммации Гаусса выражается формулой:

Теорема Бейли выражается формулой:

Запись других функций через гипергеометрическую Важным свойством гипергеометрической функции является то, что из неё могут быть получены многие специальные и элементарные функции при определённых значениях параметров и преобразовании независимого аргумента.

Примеры

Полный эллиптический интеграл первого рода:

Полный эллиптический интеграл второго рода:

Полином Лежандра:

Присоединённая функция Лежандра:

Функции Бесселя:

Функция Куммера (Похгаммера), или

является решением вырожденного гипергеометрического уравнения

Вырожденная гипергеометрическая функция с целым неположительным первым аргументом представляет собой обобщённый полином Лагерра:

Тождества

И замечательный частный случай предыдущего выражения:

Примечания

Литература

 — математические дополнения

Категория:Специальные функции Категория:Дифференциальные уравнения Категория:Объекты, названные в честь Карла Фридриха Гаусса