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 : التفاضل و التكامل :

Associated Laguerre Polynomial

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:  ...

3-8-2019

3213

Associated Laguerre Polynomial

Solutions to the associated Laguerre differential equation with nu!=0 and k an integer are called associated Laguerre polynomials L_n^k(x) (Arfken 1985, p. 726) or, in older literature, Sonine polynomials (Sonine 1880, p. 41; Whittaker and Watson 1990, p. 352). Associated Laguerre polynomials are implemented in the Wolfram Language as LaguerreL[nkx]. In terms of the unassociated Laguerre polynomials,

 L_n(x)=L_n^0(x).

(1)

The Rodrigues representation for the associated Laguerre polynomials is

L_n^k(x) = (e^xx^(-k))/(n!)(d^n)/(dx^n)(e^(-x)x^(n+k))

(2)

= (-1)^k(d^k)/(dx^k)[L_(n+k)(x)]

(3)

= ((-1)^nx^(-(k+1)/2))/(n!)e^(x/2)W_(k/2+n+1/2,k/2)(x)

(4)

= sum_(m=0)^(n)(-1)^m((n+k)!)/((n-m)!(k+m)!m!)x^m,

(5)

where W_(k,m)(x) is a Whittaker function.

The associated Laguerre polynomials are a Sheffer sequence with

g(t) = (1-t)^(-k-1)

(6)

f(t) = t/(t-1),

(7)

giving the generating function

g(x,z) = (exp(-(xz)/(1-z)))/((1-z)^(k+1))

(8)

= 1+(k+1-x)z1/2[x^2-2(k+2)x+(k+1)(k+2)]z^2+....

(9)

where the usual factor of n! in the denominator has been suppressed (Roman 1984, p. 31). Many interesting properties of the associated Laguerre polynomials follow from the fact that f^(-1)(t)=f(t) (Roman 1984, p. 31).

The associated Laguerre polynomials are given explicitly by the formula

 L_n^k(x)=1/(n!)sum_(i=0)^n(n!)/(i!)(k+n; n-i)(-x)^i,

(10)

where (n; k) is a binomial coefficient, and have Sheffer identity

 n!L_n^k(x+y)=sum_(i=0)^n(n; i)i!L_i^k(x)(n-i)!L_(n-i)^(-1)(y)

(11)

(Roman 1984, p. 31).

The associated Laguerre polynomials are orthogonal over [0,infty) with respect to the weighting function x^ke^(-x),

 int_0^inftye^(-x)x^kL_n^k(x)L_m^k(x)dx=((n+k)!)/(n!)delta_(mn),

(12)

where delta_(mn) is the Kronecker delta. They also satisfy

 int_0^inftye^(-x)x^(k+1)[L_n^k(x)]^2dx=((n+k)!)/(n!)(2n+k+1).

(13)

Recurrence relations include

 sum_(nu=0)^nL_nu^k(x)=L_n^(k+1)(x)

(14)

and

 L_n^k(x)=L_n^(k+1)(x)-L_(n-1)^(k+1)(x).

(15)

The derivative is given by

d/(dx)L_n^k(x) = -L_(n-1)^((k+1))(x)

(16)

= x^(-1)[nL_n^k(x)-(n+k)L_(n-1)^k(x)].

(17)

An interesting identity is

 sum_(n=0)^infty(L_n^k(x))/(Gamma(n+k+1))w^n=e^w(xw)^(-k/2)J_k(2sqrt(xw)),

(18)

where Gamma(z) is the gamma function and J_k(z) is the Bessel function of the first kind (Szegö 1975, p. 102). An integral representation is

 e^(-x)x^(k/2)L_n^k(x)=1/(n!)int_0^inftye^(-t)t^(n+k/2)J_k(2sqrt(tx))dt

(19)

for n=0, 1, ...and k>-1. The polynomial discriminant is

 D_n^k=product_(nu=1)^nnu^(nu-2n+2)(nu+k)^(nu-1)

(20)

(Szegö 1975, p. 143). The kernel polynomial is

 K_n^k(x,y)=(n+1)/(Gamma(k+1))(n+k; n)^(-1)(L_n^k(x)L_(n+1)^k(y)-L_(n+1)^k(x)L_n(k)(y))/(x-y),

(21)

where (n; k) is a binomial coefficient (Szegö 1975, p. 101).

The first few associated Laguerre polynomials are

L_0^k(x) = 1

(22)

L_1^k(x) = -x+k+1

(23)

L_2^k(x) = 1/2[x^2-2(k+2)x+(k+1)(k+2)]

(24)

L_3^k(x) = 1/6[-x^3+3(k+3)x^2-3(k+2)(k+3)x+(k+1)(k+2)(k+3)].

(25)

A generalization of the associated Laguerre polynomial to k not necessarily an integer is called a Laguerre function (Arfken 1985, p. 726) or a generalized Laguerre function (Abramowitz and Stegun 1972, p. 775). These generalized Laguerre polynomial can be defined as

 L_n^alpha(x)=((alpha+1)_n)/(n!)_1F_1(-n;alpha+1;x),

(26)

where (a)_n is the Pochhammer symbol and _1F_1(a;b;x) is a confluent hypergeometric function of the first kind (Koekoek and Swarttouw 1998). They are implemented in the Wolfram Language as LaguerreL[nalphax].


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.

Andrews, G. E.; Askey, R.; and Roy, R. "Laguerre Polynomials." §6.2 in Special Functions. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 282-293, 1999.

Arfken, G. "Laguerre Functions." §13.2 in Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, pp. 721-731, 1985.

Chebyshev, P. L. "Sur le développement des fonctions à une seule variable." Bull. Ph.-Math., Acad. Imp. Sc. St. Pétersbourg 1, 193-200, 1859.

Chebyshev, P. L. Oeuvres, Vol. 1. New York: Chelsea, pp. 499-508, 1987.

Iyanaga, S. and Kawada, Y. (Eds.). "Laguerre Functions." Appendix A, Table 20.VI in Encyclopedic Dictionary of Mathematics. Cambridge, MA: MIT Press, p. 1481, 1980.

Koekoek, R. and Swarttouw, R. F. "Laguerre." §1.11 in 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, pp. 47-49, 1998.

Laguerre, E. de. "Sur l'intégrale int_x^(+infty)x^(-1)e^(-x)dx." Bull. Soc. math. France 7, 72-81, 1879. Reprinted in Oeuvres, Vol. 1. New York: Chelsea, pp. 428-437, 1971.

Petkovšek, M.; Wilf, H. S.; and Zeilberger, D. A=B. Wellesley, MA: A K Peters, pp. 61-62, 1996. http://www.cis.upenn.edu/~wilf/AeqB.html.

Roman, S. "The Laguerre Polynomials." §3.1 i The Umbral Calculus. New York: Academic Press, pp. 108-113, 1984.

Rota, G.-C.; Kahaner, D.; Odlyzko, A. "Laguerre Polynomials." §11 in "On the Foundations of Combinatorial Theory. VIII: Finite Operator Calculus." J. Math. Anal. Appl. 42, 684-760, 1973.

Sansone, G. "Expansions in Laguerre and Hermite Series." Ch. 4 in Orthogonal Functions, rev. English ed. New York: Dover, pp. 295-385, 1991.

Sloane, N. J. A. Sequences A000142/M1675 and A021009 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

Sonine, N. J. "Sur les fonctions cylindriques et le développement des fonctions continues en séries." Math. Ann. 16, 1-80, 1880.

Spanier, J. and Oldham, K. B. "The Laguerre Polynomials L_n(x)." Ch. 23 in An Atlas of Functions. Washington, DC: Hemisphere, pp. 209-216, 1987.

Szegö, G. Orthogonal Polynomials, 4th ed. Providence, RI: Amer. Math. Soc., 1975.

Whittaker, E. T. and Watson, G. N. Ch. 16, Ex. 8 in A Course in Modern Analysis, 4th ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, p. 352, 1990.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي