Интегральный арктангенс () — специальная функция, обозначаемая и определяемая следующим образом: . Эквивалентно может быть определена с помощью степенного ряда или через дилогарифм — другую специальную функцию, тесно связанную с данной.

Определения Функция определяется интегралом , при этом под арктангенсом понимается его главная ветвь, то есть для всех вещественных .

Функция также представляется рядом Маклорена , который сходится абсолютно при .

Интегральный арктангенс тесно связан с дилогарифмом и выражается через него следующим образом: , то есть,

для любого вещественного .

Интегральный арктангенс связан с хи-функцией Лежандра второго порядка : .

При этом может быть представлена в виде аналогично интегральному арктангенсу, но с использованием гиперболического ареатангенса вместо арктангенса.

Также может быть выражен через трансцендентную функцию Лерха : .

Интегральный арктангенс от тангенса выражается через : .

Возможны и другие эквивалентные способы определения интегрального арктангенса:

, где — эта-функция Дирихле; , где — постоянная Каталана.

Последнее выражение даёт разложение функции в ряд Фурье.

Свойства Интегральный арктангенс является нечётной функцией: .

Кроме того, значения и связаны следующим соотношением: , которое верно для всех (точнее, для всех комплексных с ). Это свойство может быть доказано дифференцированием и применением формулы . В модифицированном виде

оно верно для всех вещественных .

При .

Рамануджан обнаружил, что .

При к функции применима следующая формула двойного аргумента, выводимая из соотношения : , для она принимает вид .

При верна формула тройного аргумента, которая является следствием из формулы : . Она также выражается в тригонометрической форме: .

Частные значения , где — постоянная Каталана; ; . Два выражения выше можно переписать в тригонометрической форме: ; .

Кроме того, известны связи между отдельными значениями интегрального арктангенса:

.

Последнее соотношение может быть получено в тригонометрической форме с помощью формулы тройного аргумента: .

Обобщения

Аналогично полилогарифму можно определить семейство функций .

Эти функции удовлетворяют рекуррентному соотношению .

Формула, связывающая значения и , в общем случае имеет следующий вид: , и верна для всех .

Разложение в ряд показывает, что , где — бета-функция Дирихле.

Обобщённый интегральный арктангенс Функция двух переменных называется обобщённым интегральным арктангенсом.

При верно соотношение .

Частная производная этой функции по параметру является элементарной функцией и равна .

Для обобщённого интегрального арктангенса верна формула обмена аргумента и параметра: .

Может быть выражен через функцию Клаузена: .

История изучения изучал семейство функций в 1809 году, обозначая их как ; позже функцию также изучал Рамануджан. Современные обозначения и введены Льюином.

Примечания

Литература

Appears in:

Категория:Специальные функции