10.66. Дробно-степенные ряды
Введение степенных рядов помогло математикам осознать понятие функции (см. также раздел 13.4), обратя внимание на общность выражения а
Однако, не каждая функция
выразима как степенной ряд
Это очевидно в случае функций, которые стремятся к бесконечности, по мере того, как
поскольку степенной ряд имеет значение
когда
Что касается других функций, таких как
поведение в
запрещает разложение в степенной ряд по более тонкой причине. Эти функции имеют в
ветвящееся поведение; они многозначны и, следовательно, они не являются функциями в строгом смысле. Например, функция
двузначна, потому что каждое число имеет два квадратных корня, каждый с противоположным знаком.
Такое поведение не отражается в степенном ряде
которому может быть присвоено только одно значение для каждого значения
Все дробные степени
многозначны:
трехзначно,
четырехзначно и
и многозначное поведение типично для алгебраических функций вообще. Мы говорим, что у есть алгебраическая функция х, если
удовлетворяют полиномиальному уравнению р(х,у)
Из-за невозможности решения большинства полиномиальных уравнений в радикалах (раздел 6.7) следует, что алгебраические функции обычно невыразимы в радикалах, то есть конечными выражениями, построенными из
и дробных степеней.
Тем не менее, замечательное открытие Ньютона (1671) заключалось в том, что любую алгебраическую функцию можно выразить как дробно-степенной ряд в х:
где
рациональные числа. Более того, ряд может быть
переписан в виде
то есть, как конечная сумма обыкновенного степенного ряда с дробными степенями х в качестве множителей. Это означает, что в окрестности
поведение у похоже на поведение конечной суммы дробных степеней.
Например, если
мы имеем
и вблизи начала координат у имеет поведение, аналогичное
в частности, имеется два значения у для каждого
Вклад Ньютона — это остроумный алгоритм для последовательных степеней
Надлежащего понимания самих дробных степеней не было, пока не приняли, что у и у — это комплексные числа. Это было сделано в девятнадцатом веке, и на этой основе более строгое выведение ряда Ньютона было дано Пиюзе (1850). По этой причине, дробно-степенные разложения алгебраических функций называются разложениями Пиюзе.
Упражнение
(см. скан)