德拜函数

✍ dations ◷ 2025-09-09 20:17:51 #特殊函数

德拜函数(Debye function)是彼得·德拜于1912年估算声子对固体的比热的德拜模型时创立的函数,定义如下

D n ( x ) = 1 n 2 ( n + 1 ) x + n k = 1 B 2 k ( 2 k + n ) ( 2 k ) ! x 2 k , | x | < 2 π ,   n 1 {\displaystyle D_{n}(x)=1-{\frac {n}{2(n+1)}}x+n\sum _{k=1}^{\infty }{\frac {B_{2k}}{(2k+n)(2k)!}}x^{2k},\quad |x|<2\pi ,\ n\geq 1}

其中 B 2 k {\displaystyle B_{2k}} 是伯努利数。

D n ( x ) = n ( ( 1 ) n n ! ζ ( n + 1 ) + m = 0 n ( ( 1 ) n m + 1 n ! x m L i n m + 1 ( e x / m ! ) ) x n + 1 n n + 1 {\displaystyle D_{n}(x)={\frac {n*((-1)^{n}*n!*\zeta (n+1)+\sum _{m=0}^{n}((-1)^{n-m+1}*n!*x^{m}*Li_{n-m+1}(e^{x}/m!))}{x^{n+1}}}-{\frac {n}{n+1}}}

其中 L i m ( x ) {\displaystyle Li_{m}(x)} 是m阶多重对数

For x 0 {\displaystyle x\rightarrow 0}  :

For x 1 {\displaystyle x\ll 1}  : D n {\displaystyle D_{n}} : D n ( x ) 0 d t t n exp ( t ) 1 = Γ ( n + 1 ) ζ ( n + 1 ) . {\displaystyle D_{n}(x)\propto \int _{0}^{\infty }{\rm {d}}t{\frac {t^{n}}{\exp(t)-1}}=\Gamma (n+1)\zeta (n+1).\quad }

也有将德拜函数定义为

d n ( z ) = 0 x t n e t 1 d t {\displaystyle d_{n}(z)=\int _{0}^{x}{\frac {t^{n}}{e^{t}-1}}dt} = n ! ζ ( n + 1 ) x n + 1 n + 1 + k = 0 n ( ( 1 ) k + 1 ( j = 0 k 1 ( ( n j ) x n k L i k + 1 ( e x p ( x ) ) ) ) ) {\displaystyle =n!*\zeta (n+1)-{\frac {x^{n+1}}{n+1}}+\sum _{k=0}^{n}((-1)^{k+1}*(\prod _{j=0}^{k-1}((n-j)*x^{n-k}*Li_{k+1}(exp(x)))))}

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