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 :

Chebyshev Polynomial of the Second Kind

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

3880

Chebyshev Polynomial of the Second Kind

ChebyshevU

A modified set of Chebyshev polynomials defined by a slightly different generating function. They arise in the development of four-dimensional spherical harmonics in angular momentum theory. They are a special case of the Gegenbauer polynomial with alpha=1. They are also intimately connected with trigonometric multiple-angle formulas. The Chebyshev polynomials of the second kind are denoted U_n(x), and implemented in the Wolfram Language as ChebyshevU[nx]. The polynomials U_n(x) are illustrated above for x in [-1,1] and n=1, 2, ..., 5.

The first few Chebyshev polynomials of the second kind are

U_0(x) = 1

(1)

U_1(x) = 2x

(2)

U_2(x) = 4x^2-1

(3)

U_3(x) = 8x^3-4x

(4)

U_4(x) = 16x^4-12x^2+1

(5)

U_5(x) = 32x^5-32x^3+6x

(6)

U_6(x) = 64x^6-80x^4+24x^2-1.

(7)

When ordered from smallest to largest powers, the triangle of nonzero coefficients is 1; 2; -1, 4; -4, 8; 1, -12, 16; 6, -32, 32; ... (OEIS A053117).

The defining generating function of the Chebyshev polynomials of the second kind is

g(t,x) = 1/(1-2xt+t^2)

(8)

= sum_(n=0)^(infty)U_n(x)t^n

(9)

for |x|<1 and |t|<1. To see the relationship to a Chebyshev polynomial of the first kind T(x), take partial/partialt of equation (9) to obtain

(partialg)/(partialt) = 2(x-t)(1-2xt+t^2)^(-2)

(10)

= sum_(n=0)^(infty)nU_n(x)t^(n-1).

(11)

Multiplying (◇) by t then gives

 (2xt-2t^2)(1-2xt+t^2)^(-2)=sum_(n=0)^inftynU_n(x)t^n

(12)

and adding (12) and (◇) gives

((2xt-2t^2)+(1-2xt+t^2))/((1-2xt+t^2)^2) = (1-t^2)/((1-2xt+t^2)^2)

(13)

= sum_(n=0)^(infty)(n+1)U_n(x)t^n.

(14)

This is the same generating function as for the Chebyshev polynomial of the first kind except for an additional factor of 1-2xt+t^2 in the denominator.

The Rodrigues representation for U_n is

 U_n(x)=((-1)^n(n+1)sqrt(pi))/(2^(n+1)(n+1/2)!(1-x^2)^(1/2))(d^n)/(dx^n)[(1-x^2)^(n+1/2)].

(15)

The polynomials can also be defined in terms of the sums

U_n(x) = sum_(r=0)^(|_n/2_|)(-1)^r(n-r; r)(2x)^(n-2r)

(16)

= sum_(m=0)^(|_n/2_|)(n+1; 2m+1)x^(n-2m)(x^2-1)^m,

(17)

where |_x_| is the floor function and [x] is the ceiling function, or in terms of the product

 U_n(x)=2^nproduct_(k=1)^n[x-cos((kpi)/(n+1))]

(18)

(Zwillinger 1995, p. 696).

U_n(x) also obey the interesting determinant identity

 U_n=|2x 1 0 0 ... 0 0; 1 2x 1 0 ... 0 0; 0 1 2x 1 ... 0 0; 0 0 1 2x ... 0 0; 0 0 0 1 ... 1 0; | ... ... ... ... ... 1; 0 0 0 0 ... 1 2x|.

(19)

The Chebyshev polynomials of the second kind are a special case of the Jacobi polynomials P_n^((alpha,beta)) with alpha=beta=1/2,

U_n(x) = (n+1)(P_n^((1/2,1/2))(x))/(P_n^((1/2,1/2))(1))

(20)

= (n+1)_2F_1(-n,n+2;3/2;1/2(1-x)),

(21)

where _2F_1(a,b;c;x) is a hypergeometric function (Koekoek and Swarttouw 1998).

Letting x=costheta allows the Chebyshev polynomials of the second kind to be written as

 U_n(x)=(sin[(n+1)theta])/(sintheta).

(22)

The second linearly dependent solution to the transformed differential equation is then given by

 W_n(x)=(cos[(n+1)theta])/(sintheta),

(23)

which can also be written

 W_n(x)=(1-x^2)^(-1/2)T_(n+1)(x),

(24)

where T_n(x) is a Chebyshev polynomial of the first kind. Note that W_n(x) is therefore not a polynomial.

The triangle of resultants rho(U_n(x),U_k(x)) is given by <span style={0}" src="http://mathworld.wolfram.com/images/equations/ChebyshevPolynomialoftheSecondKind/Inline78.gif" style="height:14px; width:17px" />, <span style={-4,0}" src="http://mathworld.wolfram.com/images/equations/ChebyshevPolynomialoftheSecondKind/Inline79.gif" style="height:14px; width:42px" />, <span style={0,-64,0}" src="http://mathworld.wolfram.com/images/equations/ChebyshevPolynomialoftheSecondKind/Inline80.gif" style="height:14px; width:64px" />, <span style={16,256,4096,0}" src="http://mathworld.wolfram.com/images/equations/ChebyshevPolynomialoftheSecondKind/Inline81.gif" style="height:14px; width:104px" />, <span style={0,0,0,1048576,0}" src="http://mathworld.wolfram.com/images/equations/ChebyshevPolynomialoftheSecondKind/Inline82.gif" style="height:14px; width:123px" />, ... (OEIS A054376).



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. "Chebyshev (Tschebyscheff) Polynomials" and "Chebyshev Polynomials--Numerical Applications." §13.3 and 13.4 in Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, pp. 731-748, 1985.

Koekoek, R. and Swarttouw, R. F. "Chebyshev." §1.8.2 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. 41-43, 1998.

Koepf, W. "Efficient Computation of Chebyshev Polynomials." In Computer Algebra Systems: A Practical Guide (Ed. M. J. Wester). New York: Wiley, pp. 79-99, 1999.

Pegg, E. Jr. "ChebyshevU." http://www.mathpuzzle.com/ChebyshevU.html.

Rivlin, T. J. Chebyshev Polynomials. New York: Wiley, 1990.

Sloane, N. J. A. Sequences A053117 and A054376 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

Spanier, J. and Oldham, K. B. "The Chebyshev Polynomials T_n(x) and U_n(x)." Ch. 22 in An Atlas of Functions. Washington, DC: Hemisphere, pp. 193-207, 1987.

Vasilyev, N. and Zelevinsky, A. "A Chebyshev Polyplayground: Recurrence Relations Applied to a Famous Set of Formulas." Quantum 10, 20-26, Sept./Oct. 1999.

Zwillinger, D. (Ed.). CRC Standard Mathematical Tables and Formulae. Boca Raton, FL: CRC Press, 1995.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي