home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1992 #16 / NN_1992_16.iso / spool / sci / math / 9709 < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1992-07-31  |  3.9 KB  |  92 lines

  1. Newsgroups: sci.math
  2. Path: sparky!uunet!newsgate.watson.ibm.com!yktnews!admin!yktnews!victor
  3. From: victor@watson.ibm.com (Victor Miller)
  4. Subject: Re: An interesting limit problem.
  5. Sender: news@watson.ibm.com (NNTP News Poster)
  6. Message-ID: <VICTOR.92Jul31103607@terse4.watson.ibm.com>
  7. In-Reply-To: elkies@ramanujan.harvard.edu's message of 30 Jul 92 19:06:54 GMT
  8. Date: Fri, 31 Jul 1992 14:36:07 GMT
  9. Reply-To: victor@watson.ibm.com
  10. Disclaimer: This posting represents the poster's views, not necessarily those of IBM
  11. References: <1992Jul29.000223.27339@massey.ac.nz> <1992Jul29.115656.23253@gdr.bath.ac.uk>
  12.     <MARTIN.92Jul29125203@lyra.cis.umassd.edu>
  13.     <1992Jul30.150656.14324@husc3.harvard.edu>
  14. Nntp-Posting-Host: terse4.watson.ibm.com
  15. Organization: IBM, T.J. Watson Research Center
  16. Lines: 74
  17.  
  18. >>>>> On 30 Jul 92 19:06:54 GMT, elkies@ramanujan.harvard.edu (Noam Elkies) said:
  19.  
  20. Noam> In article <MARTIN.92Jul29125203@lyra.cis.umassd.edu>
  21. Noam> martin@lyra.cis.umassd.edu (Gary Martin) writes:
  22. >And have we even had a proof that the limit is 1 that didn't use a machine?
  23.  
  24. Noam> The proof I posted only used the machine to substitute one power series
  25. Noam> into another, which is just straightforward arithmetic --- it could have
  26. Noam> been done easily by hand in a few minutes, but why bother?
  27.  
  28. >There was one posting that made the substitution  y=tan(sin x) (or something
  29. >similar) and claimed that the result was the reciprocal of the original
  30. >expression, but I don't think that claim was correct.
  31.  
  32. Noam> Me neither --- and even if it was, one would still have to show that the
  33. Noam> limit exists and does not equal -1.  But that posting did contain the kernel
  34. Noam> of an idea that does provide a valid proof along the lines indicated in
  35. Noam> V.Miller's recent posting.  Basically we are comparing the commutators
  36. Noam> [f,g] and [F,G] in the infinite-dimensional Lie group of power series
  37. Noam> a1*x+a2*x^2+... (a1<>0)  under composition, with F,G the inverse functions
  38. Noam> of f,g; these commutators either both reduce to the identity (the power
  39. Noam> series x) or are both of the form x+an*x^n+... with the same n.  This
  40. Noam> also leads to an explanation of the fact that in our case f=sin,g=tan
  41. Noam> (with both f,g odd functions with leading coefficient 1) the difference
  42. Noam> f(g)-g(f) [and so also F(G)-G(F)] vanishes to 7th order at the origin.
  43.  
  44. >      2        2
  45. >   sin      sin
  46. >   ---  x - --- x
  47. >   cos      cos             0
  48. >----------------------- =  --- = 0.  (Though they might leave out the
  49. >   2   2       2   2        0         equal signs, too.  :( )
  50. >Arc sin     Arc sin
  51. >------- x - ------- x
  52. >     2          2
  53. >  cos        cos
  54.  
  55. Noam>                                     5 2
  56. Noam> Ouch.  Do they automatically write 2 9  = 2592 too?  ;-)
  57.  
  58. Noam> --Noam D. Elkies (elkies@zariski.harvard.edu)
  59. Noam>   Department of Mathematics, Harvard University
  60.  
  61. Well, I decided to work this out last night.  It turned out to be
  62. pretty simple.  This brought up a more fundamental question: why was
  63. this seemingly arcane fact well-known.  Does something like this arise
  64. in physics, for example?
  65.  
  66.  
  67. Let k be field, and F and G in R = k[[x]] be distinct power
  68. series starting x + O(x^2).  Suppose further, that p(x) is a
  69. polynomial of degree n-1 such that F(x) = p(x) + a x^n + O(x^{n+1}),
  70. G(x) = p(x) + b x^n + O(x^{n+1}), with a \ne b.  Let q(x) be the
  71. unique polynomial of degree n-1 such that p(q(x)) = x mod x^n.  In
  72. particular there is a c in k such that p(q(x)) = x + c x^n +
  73. O(x^{n+1}).
  74.  
  75. We have, for e in k, F(q(x) + e x^n) = F(q(x)) + F'(q(x)) e x^n +
  76. O(x^{n+1}) = p(q(x)) + a q(x)^n + e x^n + O(x^{n+1}) =
  77. x + (c+a+e) x^n + O(x^{n+1}).  Thus
  78.  
  79. F^{-1}(x) = q(x) - (c+a) x^n + O(x^{n+1}).
  80.  
  81. Similarly
  82.  
  83. G^{-1}(x) = q(x) - (c+b) x^n + O(x^{n+1}).
  84.  
  85. so (F(x) - G(x))/(F^{-1}(x) - G^{-1}(x)) = -1 + O(x^2).
  86.  
  87. --
  88.             Victor S. Miller
  89.             Vnet and Bitnet:  VICTOR at WATSON
  90.             Internet: victor@watson.ibm.com
  91.             IBM, TJ Watson Research Center
  92.