■階乗からガンマ関数へ(その42)

【1】レムニスケート積分の倍角公式

 レムニスケートサインの加法定理

  sl(u+v)=(sl(u)sl'(v)+sl(v)sl'(u))/(1+sl^2(u)sl^2(v))

より,

  sl(2u)=2sl(u)sl'(u)/(1+sl^4(u))

  sl(3u)=(sl(2u)sl'(u)+sl(u)sl'(2u))/(1+sl^2(2u)sl^2(u))

  sl(4u)=(sl(3u)sl'(u)+sl(u)sl'(3u))/(1+sl^2(3u)sl^2(u))

  sl(5u)=(sl(4u)sl'(u)+sl(u)sl'(4u))/(1+sl^2(4u)sl^2(u))

  sl(6u)=(sl(5u)sl'(u)+sl(u)sl'(5u))/(1+sl^2(5u)sl^2(u))

さらに,

  sl'(u)=(1-sl^4(u))^1/2

  sl'(2u)=(1-sl^4(2u))^1/2

  sl'(3u)=(1-sl^4(3u))^1/2

  sl'(4u)=(1-sl^4(4u))^1/2

  sl'(5u)=(1-sl^4(5u))^1/2

を用いて,sl(u)の関数として表すと

  sl(2u)=2sl(u)(1-sl^4(u))^1/2/(1+sl^4(u))

などが得られる.

 しかし,この方法では方程式に無理式がでてきて,0の周りでの分岐に苦労させられる.

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【2】漸化式を用いたレムニスケートサインのn倍角公式

  sl(2u)=2sl(u)sl'(u)/(1+sl^4(u))

  sl(3u)=2sl(u){3-6sl^4(u)-sl^8(u)}/(1+6sl^4(u)-3sl^8(u)}

nが奇数のとき

  sl(nu)=sl(u)Pn(sl^4(u))/Qn(sl^4(u))

nが偶数のとき

  sl(nu)=sl(u)sl'(u)Pn(sl^4(u))/Qn(sl^4(u))

  sl'(u)=(1-sl^4(u))^1/2

Qn(0)=1とおくことができる.

 ここで,

[1]nが偶数のとき,漸化式

Qn+1(x)=Qn-1(x){Qn^2(x)+x(1−x)Pn^2(x)}

Pn+1(x)=2(1−x)Pn(x)Qn(x)Qn-1(x)−Pn-1(x){Qn^2(x)+x(1−x)Pn^2(x)}

[2]nが奇数のとき,(1−x)が消え,漸化式

Qn+1(x)=Qn-1(x){Qn^2(x)+xPn^2(x)}

Pn+1(x)=2Pn(x)Qn(x)Qn-1(x)−Pn-1(x){Qn^2(x)+xPn^2(x)}

が成り立つ.

 この方法でも,再帰呼び出しをしているため,いささか実行速度が遅いが,方程式に無理式がでてこないので,0の周りでの分岐に苦労させられることはなくなる.

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