ヤコビの楕円関数


 


0<k²<1ならば、次の積分は


  


は、単調な微分可能なφの関数となる。この積分をヤコビの楕円関数という。


いま、(1)をu=F(φ)とし、この関数のグラフについて考える。


  


より、0≦φ≦π/2では下に凸、π/≦φ≦πでは上に凸となる。


ここで、


  


とおけば、次の関係が成立する。


  


したがって、u=F(φ)のグラフは次のようになる。


 



 


問 (3)、(4)が成立することを示せ。


【証明】


(1)


  


右辺第2項の積分に対して、t=π−xとして置換積分すると、


  


したがって、


  


 


(2)


  


右辺第2項の積分に、t=x−πとして置換積分すると、


  


よって、


  


(証明終了)


 


【註】


  


と表すのが一般的であるが、議論を容易にするために、パラメータ(母数)kを省略した。


 


 


u=F(φ)の逆関数を


  


で表し、これをu振幅という。この振幅の正弦と余弦を


  


で表す。


この定義から、


  


 


(4)より次の関係が成立する。


  


が成り立つから、sn ucn u4nKを周期とする周期関数である。また、sn uは奇関数、cn uは偶関数である。


(下図参照)


 



 


次に振幅am uの導関数を考えると、


  


となるが、これをdn(u)で表す。すなわち、


  


したがって、sncnの導関数は次のようになる。


  


さらに、