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 : الجبر : مواضيع عامة في الجبر :

Orthogonal Polynomials

المؤلف:  Abramowitz, M. and Stegun, I. A

المصدر:  "Orthogonal Polynomials." Ch. 22 in Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover,

الجزء والصفحة:  ...

13-2-2019

1675

Orthogonal Polynomials

Orthogonal polynomials are classes of polynomials <span style={p_n(x)}" src="http://mathworld.wolfram.com/images/equations/OrthogonalPolynomials/Inline1.gif" style="height:15px; width:43px" /> defined over a range [a,b] that obey an orthogonalityrelation

 int_a^bw(x)p_m(x)p_n(x)dx=delta_(mn)c_n,

(1)

where w(x) is a weighting function and delta_(mn) is the Kronecker delta. If c_n=1, then the polynomials are not only orthogonal, but orthonormal.

Orthogonal polynomials have very useful properties in the solution of mathematical and physical problems. Just as Fourier series provide a convenient method of expanding a periodic function in a series of linearly independent terms, orthogonal polynomials provide a natural way to solve, expand, and interpret solutions to many types of important differential equations. Orthogonal polynomials are especially easy to generate using Gram-Schmidt orthonormalization.

A table of common orthogonal polynomials is given below, where w(x) is the weighting function and

 c_n=int_a^bw(x)[p_n(x)]^2dx

(2)

(Abramowitz and Stegun 1972, pp. 774-775).

polynomial interval w(x) c_n
Chebyshev polynomial of the first kind [-1,1] (1-x^2)^(-1/2) <span style={pi for n=0; 1/2pi otherwise" src="http://mathworld.wolfram.com/images/equations/OrthogonalPolynomials/Inline11.gif" style="height:50px; width:106px" />
Chebyshev polynomial of the second kind [-1,1] sqrt(1-x^2) 1/2pi
Gegenbauer polynomial [-1,1] (1-x^2)^(alpha-1/2)
Hermite polynomial (-infty,infty) e^(-x^2) sqrt(pi)2^nn!
Jacobi polynomial (-1,1) (1-x)^alpha(1+x)^beta h_n
Laguerre polynomial [0,infty) e^(-x) 1
generalized Laguerre polynomial [0,infty) x^ke^(-x) ((n+k)!)/(n!)
Legendre polynomial [-1,1] 1 2/(2n+1)

In the above table,

 h_n=(2^(alpha+beta+1))/(2n+alpha+beta+1)(Gamma(n+alpha+1)Gamma(n+beta+1))/(n!Gamma(n+alpha+beta+1)),

(3)

where Gamma(z) is a gamma function.

The roots of orthogonal polynomials possess many rather surprising and useful properties. For instance, let x_1<x_2<...<x_n be the roots of the p_n(x) with x_0=a and x_(n+1)=b. Then each interval [x_nu,x_(nu+1)] for nu=0, 1, ..., n contains exactly one root of p_(n+1)(x). Between two roots of p_n(x) there is at least one root of p_m(x) for m>n.

Let c be an arbitrary real constant, then the polynomial

 p_(n+1)(x)-cp_n(x)

(4)

has n+1 distinct real roots. If c>0 (c<0), these roots lie in the interior of [a,b], with the exception of the greatest (least) root which lies in [a,b] only for

 c<=(p_(n+1)(b))/(p_n(b))    (c>=(p_(n+1)(a))/(p_n(a))).

(5)

The following decomposition into partial fractions holds

(6)

where <span style={xi_nu}" src="http://mathworld.wolfram.com/images/equations/OrthogonalPolynomials/Inline49.gif" style="height:15px; width:23px" /> are the roots of p_(n+1)(x) and

l_nu =

(7)

=

(8)

Another interesting property is obtained by letting <span style={p_n(x)}" src="http://mathworld.wolfram.com/images/equations/OrthogonalPolynomials/Inline57.gif" style="height:15px; width:43px" /> be the orthonormal set of polynomials associated with the distribution dalpha(x) on [a,b]. Then the convergents R_n/S_n of the continued fraction

 1/(A_1x+B_1)-(C_2)/(A_2x+B_2)-(C_3)/(A_3x+B_3)-...-(C_n)/(A_nx+B_n)+...

(9)

are given by

R_n = R_n(x)

(10)

= c_0^(-3/2)sqrt(c_0c_2c_1^2)int_a^b(p_n(x)-p_n(t))/(x-t)dalpha(t)

(11)

S_n = S_n(x)=sqrt(c_0)p_n(x),

(12)

where n=0, 1, ... and

 c_n=int_a^bx^ndalpha(x).

(13)

Furthermore, the roots of the orthogonal polynomials p_n(x) associated with the distribution dalpha(x) on the interval [a,b] are real and distinct and are located in the interior of the interval [a,b].


REFERENCES:

Abramowitz, M. and Stegun, I. A. (Eds.). "Orthogonal Polynomials." Ch. 22 in Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover, pp. 771-802, 1972.

Arfken, G. "Orthogonal Polynomials." Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, pp. 520-521, 1985.

Chihara, T. S. An Introduction to Orthogonal Polynomials. New York: Gordon and Breach, 1978.

Gautschi, W.; Golub, G. H.; and Opfer, G. (Eds.) Applications and Computation of Orthogonal Polynomials, Conference at the Mathematical Research Institute Oberwolfach, Germany, March 22-28, 1998. Basel, Switzerland: Birkhäuser, 1999.

Iyanaga, S. and Kawada, Y. (Eds.). "Systems of Orthogonal Functions." Appendix A, Table 20 in Encyclopedic Dictionary of Mathematics. Cambridge, MA: MIT Press, p. 1477, 1980.

Koekoek, R. and Swarttouw, R. F. The Askey-Scheme of Hypergeometric Orthogonal Polynomials and its q-Analogue. Delft, Netherlands: Technische Universiteit Delft, Faculty of Technical Mathematics and Informatics Report 98-17, 1-168, 1998.

Nikiforov, A. F.; Uvarov, V. B.; and Suslov, S. S. Classical Orthogonal Polynomials of a Discrete Variable. New York: Springer-Verlag, 1992.

Sansone, G. Orthogonal Functions. New York: Dover, 1991.

Szegö, G. Orthogonal Polynomials, 4th ed. Providence, RI: Amer. Math. Soc., pp. 44-47 and 54-55, 1975.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي