Q-análogo

Un ${\displaystyle q}$-análogo es un término matemático, que aparece en particular en combinatoria. Un análogo de ${\displaystyle q}$ generaliza un enunciado matemático con la ayuda de un parámetro adicional ${\displaystyle q}$, de modo que en el caso de ${\displaystyle q\to 1}$ el enunciado original vuelve a obtenerse. El término también juega un papel importante en la teoría de funciones especiales, particularmente en la teoría de los polinomios ${\displaystyle q}$.

Ejemplos elementales

Un número natural ${\displaystyle n}$ tiene el ${\displaystyle q}$-análogo

${\displaystyle [n]_{q}:={\frac {1-q^{n}}{1-q}}=1+q+q^{2}+\cdots +q^{n-1},}$

donde ${\displaystyle \lim _{q\rightarrow 1}[n]_{q}=n}$.

Combinatoria

q-factorial

el ${\displaystyle q}$-factorial se define para ${\displaystyle n>0}$ como:^[1]​

${\displaystyle [n]_{q}!:=[n]_{q}[n-1]_{q}\cdots [1]_{q}=\prod \limits _{k=1}^{n}{\frac {1-q^{k}}{1-q}},}$

con ${\displaystyle [0]_{q}!:=1}$.

Al multiplicar se obtiene

${\displaystyle [n]_{q}!=1\cdot (1+q)\cdots (1+q+\cdots +q^{n-2})\cdot (1+q+\cdots +q^{n-1}).}$

Símbolo q-Pochhammer

El símbolo ${\displaystyle q}$-Pochhammer, se define como

${\displaystyle (a;q)_{n}:=\prod \limits _{k=1}^{n}(1-aq^{k-1})}$

o generalizando a más de un término como

${\displaystyle (a_{1},a_{2},\ldots ,a_{m};q)_{n}:=(a_{1};q)_{n}(a_{2};q)_{n}\ldots (a_{m};q)_{n}.}$

Coeficiente q-binomial

El coeficiente ${\displaystyle q}$-binomial se define como

${\displaystyle {\binom {n}{k}}_{q}:={\frac {[n]_{q}!}{[k]_{q}![n-k]_{q}!}}=\prod \limits _{j=1}^{k}{\frac {(1-q^{n-j+1})}{(1-q^{j})}}.}$

Propiedades

Se aplica que

${\displaystyle [n]_{q}!={\frac {(q;q)_{n}}{(1-q)^{n}}}}$

y

${\displaystyle {\binom {n}{k}}_{q}={\frac {(q;q)_{n}}{(q;q)_{k}(q;q)_{n-k}}}.}$

Funciones especiales q

Función q-hipergeométrica

El ${\displaystyle q}$-análogo de la función hipergeométrica generalizada es la función ${\displaystyle q}$-hipergeométrica^[1]​

${\displaystyle \;_{r}\phi _{s}\left[{\begin{matrix}a_{1}&a_{2}&\ldots &a_{r}\\b_{1}&b_{2}&\ldots &b_{s}\end{matrix}};q,z\right]=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {(a_{1},a_{2},\ldots ,a_{r};q)_{n}}{(q,b_{1},b_{2},\ldots ,b_{s};q)_{n}}}z^{n}\left(-q^{(n-1)/2}\right)^{n(s+1-r)}.}$

Polinomio q-ortogonal

Los ${\displaystyle q}$-polinomios hermitianos constantes ${\displaystyle \{H_{n}(x\mid q)\}}$ vienen dados por la siguiente recursión^[2]​

${\displaystyle 2xH_{n}(x\mid q)=H_{n+1}(x\mid q)+(1-q^{n})H_{n-1}(x\mid q)}$

con valores iniciales

${\displaystyle H_{0}(x\mid q)=1,H_{1}(x\mid q)=2x.}$

Análisis

El ${\displaystyle q}$-análogo de la función exponencial es

${\displaystyle e_{q}^{x}:=\sum \limits _{n=0}^{\infty }{\frac {x^{n}}{[n]_{q}!}}.}$

q-cálculo

El ${\displaystyle q}$-análogo de la derivada de una función ${\displaystyle f}$ es la q-derivada o derivada de Jackson

${\displaystyle (D_{q}f)(x)={\frac {f(x)-f(qx)}{(1-q)x}},}$

esto da como resultado el llamado q-cálculo.

q-Serie de Taylor

El ${\displaystyle q}$-análogo de ${\displaystyle (x-a)^{n}}$ es

${\displaystyle (x-a)_{q}^{n}:=\prod \limits _{k=0}^{n-1}(x-q^{k}a),}$

que junto con la ${\displaystyle q}$-derivada y el ${\displaystyle q}$-factorial pueden usarse para definir el ${\displaystyle q}$-análogo de la serie de Taylor para ${\displaystyle f}$ dada

${\displaystyle f(x)=\sum \limits _{n=0}^{\infty }{\frac {D_{q}^{n}f(a)(x-a)_{q}^{n}}{[n]_{q}!}}.}$

Referencias

Bibliografía

• Mourad E.H. Ismail (2005). Classical and Quantum Orthogonal Polynomials in One Variable. Cambridge University Press. doi:10.1017/CBO9781107325982. 

Enlaces externos

• Hazewinkel, Michiel, ed. (2001), «/U/u095050», Encyclopaedia of Mathematics (en inglés), Springer, ISBN 978-1556080104 .
• Weisstein, Eric W. «q-Analog». En Weisstein, Eric W, ed. MathWorld (en inglés). Wolfram Research. 
• Weisstein, Eric W. «q-Bracket». En Weisstein, Eric W, ed. MathWorld (en inglés). Wolfram Research. 
• Weisstein, Eric W. «q-Factorial». En Weisstein, Eric W, ed. MathWorld (en inglés). Wolfram Research. 
• Weisstein, Eric W. «q-Binomial Coefficient». En Weisstein, Eric W, ed. MathWorld (en inglés). Wolfram Research.