Dalam matematika, Fungsi Lambert W, juga disebut fungsi omega atau logaritma produk, adalah multinilai fungsi, yaitu cabang dari hubungan terbalik fungsi f(w) = wew, dengan w adalah salah satu bilangan kompleks dan ew adalah fungsi eksponensial.
Artikel atau sebagian dari artikel ini mungkin diterjemahkan dari Lambert W function di en.wikipedia.org. Isinya masih belum akurat, karena bagian yang diterjemahkan masih perlu diperhalus dan disempurnakan. Jika Anda menguasai bahasa aslinya, harap pertimbangkan untuk menelusuri referensinya dan menyempurnakan terjemahan ini. Anda juga dapat ikut bergotong royong pada ProyekWiki Perbaikan Terjemahan.
(Pesan ini dapat dihapus jika terjemahan dirasa sudah cukup tepat. Lihat pula: panduan penerjemahan artikel)
Untuk setiap bilangan bulat k ada satu cabang, dilambangkan dengan Wk(z), yang merupakan fungsi bernilai kompleks dari satu argumen kompleks. W0 dikenal sebagai cabang utama. Fungsi-fungsi ini memiliki properti berikut: jika z dan w adalah bilangan kompleks, maka
memegang jika dan hanya jika
Saat berhadapan dengan bilangan real saja, kedua cabang tersebut W0 dan W−1 cukup: untuk bilangan real x dan y persamaan
bisa diselesaikan untuk y hanya jika x ≥ −1e; kita mendapatkan y = W0(x) jika x ≥ 0 dan dua nilai y = W0(x) dan y = W−1(x) jika −1e ≤ x < 0.
Relasi Lambert W tidak bisa diekspresikan dalam istilah fungsi dasar.[1] Ini berguna dalam kombinatorik, misalnya, dalam pencacahan pohon. Ini dapat digunakan untuk menyelesaikan berbagai persamaan yang melibatkan eksponensial (misalnya maksimum dari Planck, Bose–Einstein, dan Distribusi Fermi-Dirac) dan juga terjadi dalam larutan penundaan diferensial, seperti y′(t) = ay(t − 1). Dalam biokimia, dan khususnya kinetika enzim, solusi bentuk terbuka untuk analisis kinetika waktu-kursus dari kinetika Michaelis–Menten dijelaskan dalam istilah fungsi Lambert W.
Fungsi Lambert W dinamai Johann Heinrich Lambert. Cabang utama W0 dilambangkan dengan Wp di Perpustakaan Digital Fungsi Matematika, dan cabangnya W−1 dilambangkan dengan Wm di sana.
Konvensi notasi yang dipilih di sini (dengan W0 dan W−1) mengikuti referensi kanonis pada fungsi Lambert W oleh Corless, Gonnet, Hare, Jeffrey dan Knuth.[2]
Nama "logaritma produk" dapat dipahami sebagai berikut: Karena fungsi invers dari f(w) = ew disebut logaritma, masuk akal untuk memanggil fungsi invers dari produkwew sebagai "logaritma produk". Ini terkait dengan Konstanta Omega, yang sama dengan W0(1).
Lambert pertama kali mempertimbangkan Persamaan Transendental Lambert terkait pada 1758,[3] yang mengarah ke artikel oleh Leonhard Euler pada tahun 1783[4] yang membahas kasus khusus wew.
Fungsi yang dianggap Lambert adalah
Euler mengubah persamaan ini menjadi bentuk
Kedua penulis mendapatkan solusi seri untuk persamaan mereka.
Setelah Euler menyelesaikan persamaan ini, dia mempertimbangkan kasusnya a = b. Mengambil batasan dia menurunkan persamaan
Dia kemudian meletakkan a = 1 dan memperoleh solusi deret konvergen untuk persamaan yang dihasilkan, mengekspresikan x dalam suku-suku c .
Setelah mengambil turunan sehubungan dengan x dan beberapa manipulasi, diperoleh bentuk standar dari fungsi Lambert.
Pada tahun 1993, ketika dilaporkan bahwa fungsi Lambert W memberikan solusi yang tepat untuk kuantum-mekanik model fungsi delta sumur Dirac untuk muatan yang sama—masalah mendasar dalam fisika — Tanpa biji dan pengembang sistem aljabar komputer Maple melakukan pencarian perpustakaan dan menemukan bahwa fungsi ini ada di mana-mana.[2][5]
Contoh lain di mana fungsi ini ditemukan adalah di kinetika Michael–Menten.
Meskipun sudah menjadi pengetahuan cerita rakyat bahwa fungsi Lambert W tidak dapat diekspresikan dalam istilah fungsi dasar (Liouvillian), bukti terbitan pertama tidak muncul hingga 2008.[6]
Ada banyak sekali cabang dari fungsi W, dilambangkan dengan Wk(z), untuk bilangan bulat k; W0(z) menjadi cabang utama (atau kepala sekolah). W0(z) didefinisikan untuk semua bilangan kompleks z sementara Wk(z) dengan k ≠ 0 didefinisikan untuk semua bukan nol z . Kita punya W0(0) = 0 dan limz→0Wk(z) = −∞ untuk semua k ≠ 0.
Titik cabang untuk cabang utama ada di z = −1e, dengan potongan cabang yang meluas ke −∞ sepanjang sumbu negatif nyata. Potongan cabang ini memisahkan cabang utama dari dua cabang W−1 dan W1. Di semua cabang Wk dengan k ≠ 0, ada titik bercabang di z = 0 dan sebuah cabang dipotong di sepanjang sumbu nyata negatif.
Fungsi Wk(z), k∈Z semuanya injektif dan rentangnya terputus-putus. Rentang dari seluruh fungsi multinilai W adalah bidang kompleks. Bayangan dari sumbu nyata adalah gabungan dari sumbu nyata dan kuadratrik dari Hippias, kurva parametrik w = −t cot t + it.
Invers
Plot rentang di atas juga menggambarkan daerah dalam bidang kompleks tempat hubungan inbers sederhana ' adalah benar. f=zez menyiratkan bahwa ada n seperti itu , di mana n akan bergantung pada nilai z . Nilai bilangan bulat n akan berubah secara tiba-tiba saat zez berada di potongan cabang yang berarti itu zez≤ 0, kecuali untuk di mana tempatnya zez≤ -1/e.
Menetapkan di mana x dan y . Mengekspresikan e z dalam koordinat polar, terlihat bahwa:
Untuk , cabang dipotong untuk akan menjadi sumbu nyata non-positif sehingga:
dan
Untuk , cabang dipotong untuk akan menjadi sumbu nyata dengan sehingga ketimpangan menjadi:
Di dalam wilayah yang dibatasi oleh hal di atas, tidak akan ada perubahan yang terputus-putus dan wilayah tersebut akan menentukan di mana fungsi W dapat dibalik: yaitu .
Turunan
Dengan diferensiasi implisit, seseorang dapat menunjukkan bahwa semua cabang dari W memenuhi persamaan diferensial
(W bukan dapat dibedakan untuk z = −1e.) Akibatnya, kami mendapatkan rumus berikut untuk turunan dari W:
Menggunakan identitas eW(z) = zW(z), kami mendapatkan rumus setara berikut:
Di asalnya kita punya
Antiturunan
Fungsi W(x), dan banyak ekspresi yang melibatkan W(x), bisa terintegrasi menggunakan substitusiw = W(x), yaitu x = wew:
(Persamaan terakhir lebih umum dalam literatur tetapi tidak berlaku pada x = 0). Salah satu konsekuensi dari ini (menggunakan fakta bahwa W0(e) = 1) adalah identitas
Deret Taylor dari W0 sekitar 0 dapat ditemukan menggunakan Teorema inversi Lagrange dan diberikan oleh
Radius konvergensi adalah 1e, seperti yang dapat dilihat oleh uji rasio. Fungsi yang ditentukan oleh deret ini dapat diperluas menjadi fungsi holomorfik yang ditentukan pada semua bilangan kompleks dengan potongan cabang sepanjang interval(−∞, −1e]; fungsi holomorfik ini mendefinisikan cabang utama dari fungsi Lambert W.
Untuk nilai besar dari x, W0 asimtotik dengan
dimana L1 = ln x, L2 = ln ln x, dan [l + ml + 1] adalah sebuah Bilangan Stirling dari jenis pertama non-negatif.[2] Mempertahankan hanya dua istilah pertama dari ekspansi,
Cabang real lainnya, W−1, didefinisikan dalam interval [−1e, 0),memiliki pendekatan dalam bentuk yang sama ketika x mendekati nol, dengan dalam kasus ini L1 = ln(−x) dan L2 = ln(−ln(−x)).[2]
Itu menunjukkan[7] yang dipegang oleh batas berikut (batas atas hanya untuk x ≥ e):
Pada tahun 2013, itu sudah dibuktikan[8] bahwa cabang W−1 bisa dibatasi sebagai berikut:
Bilangan bulat pangkat dan kompleks
Bilangan bulat pangkat dari W0 juga mengakui ekspansi deret Taylor (atau Laurent) sederhana:
Secara lebih umum, untuk r ∈ ℤ, Rumus inversi Lagrange diberikan
yang, secara umum, merupakan rangkaian urutan Laurent r. Dengan kata lain, yang terakhir dapat ditulis dalam bentuk perluasan kekuatan Taylor W0(x) / x:
yang berlaku untuk semua dan .
Beberapa identitas mengikuti dari definisi tersebut:
Perhatikan itu, karena f(x) = xex tidak injeksi, tidak selalu begitu W(f(x)) = x, mirip dengan fungsi trigonometri terbalik. Untuk diperbaiki x < 0 dan x ≠ −1, persamaan xex = yey memiliki dua solusi di y, salah satunya tentu saja y = x. Kemudian, untuk i = 0 dan x < −1, serta untuk i = −1 dan x ∈ (−1, 0), y = Wi(xex) adalah solusi lainnya.
Untuk sembarang bilangan aljabar bukan nol x, W(x) adalah bilangan transendental. Memang, jika W(x) adalah nol, maka x harus nol juga, dan jika W(x) bukan nol dan aljabar, lalu menurut teorema Lindemann–Weierstrass, eW(x) harus transendental, menyiratkan itu x = W(x)eW(x) juga harus transendental.
Berikut ini adalah nilai khusus dari cabang utama:
(konstanta Omega).
Cabang utama dari fungsi Lambert dapat diwakili oleh integral yang tepat, karena Poisson:[11]
Di domain yang lebih luas −1e ≤ x ≤ e, representasi yang jauh lebih sederhana ditemukan oleh Mező:[12]
Corless, R. M.; Gonnet, G. H.; Hare, D. E. G.; Jeffrey, D. J. (1993). "Lambert's W function in Maple". The Maple Technical Newsletter. 9: 12–22. CiteSeerX10.1.1.33.2556.
Bronstein, Manuel; Corless, Robert M.; Davenport, James H.; Jeffrey, D.J. (2008). "Algebraic properties of the Lambert W function from a result of Rosenlicht and of Liouville". Integral Transforms and Special Functions. 19 (10): 709–712. doi:10.1080/10652460802332342.
Chatzigeorgiou, I. (2013). "Bounds on the Lambert function and their Application to the Outage Analysis of User Cooperation". IEEE Communications Letters. 17 (8): 1505–1508. arXiv:1601.04895. doi:10.1109/LCOMM.2013.070113.130972.Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
Dubinov, A. E.; Dubinova, I. D.; Saǐkov, S. K. (2006). The Lambert W Fungsi dan Aplikasinya pada Soal Matematika Fisika (dalam bahasa Rusia). RFNC-VNIIEF. hlm.53.
Robert M., Corless; David J., Jeffrey; Donald E., Knuth (1997). A sequence of series for the Lambert W function. Proceedings of the 1997 International Symposium on Symbolic and Algebraic Computation. hlm.197–204. doi:10.1145/258726.258783. ISBN978-0897918756.Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
Corless, R.; Gonnet, G.; Hare, D.; Jeffrey, D.; Knuth, Donald (1996). "On the Lambert W function"(PDF). Advances in Computational Mathematics. 5: 329–359. doi:10.1007/BF02124750. ISSN1019-7168. Diarsipkan dari versi asli(PDF) tanggal 2010-12-14. Diakses tanggal 2007-03-10.Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan); Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
Francis; et al. (2000). "Quantitative General Theory for Periodic Breathing". Circulation. 102 (18): 2214–21. CiteSeerX10.1.1.505.7194. doi:10.1161/01.cir.102.18.2214. PMID11056095.Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan) (Lambert function is used to solve delay-differential dynamics in human disease.)
Hayes, B. (2005). "Why W?"(PDF). American Scientist. 93 (2): 104–108. doi:10.1511/2005.2.104. Diarsipkan(PDF) dari versi asli tanggal 2022-10-24. Diakses tanggal 2020-10-20.
Roy, R.; Olver, F. W. J. (2010), "Lambert W function", dalam Olver, Frank W. J.; Lozier, Daniel M.; Boisvert, Ronald F.; Clark, Charles W., NIST Handbook of Mathematical Functions, Cambridge University Press, ISBN978-0-521-19225-5, MR2723248
Chatzigeorgiou, I. (2013). "Bounds on the Lambert function and their Application to the Outage Analysis of User Cooperation". IEEE Communications Letters. 17 (8): 1505–1508. arXiv:1601.04895. doi:10.1109/LCOMM.2013.070113.130972.Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)