1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

الرياضيات : المعادلات التفاضلية و التكاملية : معادلات تفاضلية :

Chebyshev Differential Equation

المؤلف:  المرجع الالكتروني للمعلوماتيه

المصدر:  المرجع الالكتروني للمعلوماتيه

الجزء والصفحة:  ...

11-6-2018

1299

Chebyshev Differential Equation
 (1-x^2)(d^2y)/(dx^2)-x(dy)/(dx)+alpha^2y=0

(1)

for |x|<1. The Chebyshev differential equation has regular singular points at -1, 1, and infty. It can be solved by series solution using the expansions

y = sum_(n=0)^(infty)a_nx^n

(2)

= sum_(n=0)^(infty)na_nx^(n-1)

(3)

= sum_(n=1)^(infty)na_nx^(n-1)

(4)

= sum_(n=0)^(infty)(n+1)a_(n+1)x^n

(5)

= sum_(n=0)^(infty)(n+1)na_(n+1)x^(n-1)

(6)

= sum_(n=1)^(infty)(n+1)na_(n+1)x^(n-1)

(7)

= sum_(n=0)^(infty)(n+2)(n+1)a_(n+2)x^n.

(8)

Now, plug equations (6) and (8) into the original equation (◇) to obtain

 (1-x^2)sum_(n=0)^infty(n+2)(n+1)a_(n+2)x^n 
 -xsum_(n=0)^infty(n+1)n_(n+1)x^n+alpha^2sum_(n=0)^inftya_nx^n=0

(9)

 sum_(n=0)^infty(n+2)(n+1)a_(n+2)x^n-sum_(n=0)^infty(n+2)(n+1)a_(n+2)x^(n+2) 
 -sum_(n=0)^infty(n+1)a_(n+1)x^(n+1)+alpha^2sum_(n=0)^inftya_nx^n=0

(10)

 sum_(n=0)^infty(n+2)(n+1)a_(n+2)x^n-sum_(n=2)^inftyn(n-1)a_nx^n 
 -sum_(n=1)^inftyna_nx^n+alpha^2sum_(n=0)^inftya_nx^n=0

(11)

 2·1a_2+3·2a_3x-1·ax+alpha^2a_0+alpha^2a_1x 
 +sum_(n=2)^infty[(n+2)(n+1)a_(n+2)-n(n-1)a_n-na_n+alpha^2a_n]x^n=0

(12)

 (2a_2+alpha^2a_0)+[(alpha^2-1)a_1+6a_3]x 
 +sum_(n=2)^infty[(n+2)(n+1)a_(n+2)+(alpha^2-n^2)a_n]x^n=0,

(13)

so

 2a_2+alpha^2a_0=0

(14)

 (alpha^2-1)a_1+6a_3=0,

(15)

and by induction,

 a_(n+2)=(n^2-alpha^2)/((n+1)(n+2))a_n

(16)

for n=2, 3, ....

Since (14) and (15) are special cases of (16), the general recurrence relation can be written

 a_(n+2)=(n^2-alpha^2)/((n+1)(n+2))a_n

(17)

for n=0, 1, .... From this, we obtain for the even coefficients

a_2 = (-alpha^2)/2a_0

(18)

a_4 = (2^2-alpha^2)/(3·4)a_2=((2^2-alpha^2)(-alpha^2))/(1·2·3·4)a_0

(19)

a_(2n) = ([(2n)^2-alpha^2][(2n-2)^2-alpha^2]...(-alpha^2))/((2n)!)a_0,

(20)

and for the odd coefficients

a_3 = (1-alpha^2)/6a_1

(21)

a_5 = (3^2-alpha^2)/(4·5)a_3=((3^2-alpha^2)(1^2-alpha^2))/(5!)a_1

(22)

a_(2n-1) = ([(2n-1)^2-alpha^2][(2n-3)^2-alpha^2]...[1^2-alpha^2])/((2n+1)!)a_1.

(23)

The even coefficients k=2n can be given in closed form as

a_(k even) = a_0product_(j=1)^(k/2)(k-2j)^2-alpha^2

(24)

= (2^(k-1)pialphacsc(1/2pialpha))/(Gamma(1-1/2k-1/2alpha)Gamma(1-1/2k+1/2alpha))a_0,

(25)

and the odd coefficients k=2n-1 as

a_(k odd) = a_1product_(j=1)^((k-1)/2)(k-2j)^2-alpha^2

(26)

= (2^(k-1)pialphasec(1/2pialpha))/(Gamma(1-1/2k-1/2alpha)Gamma(1-1/2k+1/2alpha))a_1.

(27)

The general solution is then given by summing over all indices,

 y=a_0[1+sum_(k=2,4,...)^infty(a_(k even))/(k!)x^k] 
 +[x+sum_(k=3,5,...)^infty(a_(k odd))/(k!)x^k],

(28)

which can be done in closed form as

 y=a_0cos(alphasin^(-1)x)+(a_1)/alphasin(alphasin^(-1)x).

(29)

Performing a change of variables gives the equivalent form of the solution

y = b_1cos(alphacos^(-1)x)+b_2sin(alphacos^(-1)x)

(30)

= b_1T_alpha(x)+b_2sqrt(1-x^2)U_(alpha-1)(x),

(31)

where T_n(x) is a Chebyshev polynomial of the first kind and U_n(x) is a Chebyshev polynomial of the second kind. Another equivalent form of the solution is given by

 y=c_1cosh[alphaln(x+sqrt(x^2-1))] 
 +ic_2sinh[alphaln(x+sqrt(x^2-1))].

(32

 


REFERENCES:

Arfken, G. Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, p. 735, 1985.

Boyce, W. E. and DiPrima, R. C. Elementary Differential Equations and Boundary Value Problems, 4th ed. New York: Wiley, pp. 232 and 252, 1986.

Zwillinger, D. Handbook of Differential Equations, 3rd ed. Boston, MA: Academic Press, p. 127, 1997.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي