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 :

Gegenbauer 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:  ...

4-8-2019

2973

Gegenbauer Polynomial

 

The Gegenbauer polynomials C_n^((lambda))(x) are solutions to the Gegenbauer differential equation for integer n. They are generalizations of the associated Legendre polynomials to (2lambda+2)-D space, and are proportional to (or, depending on the normalization, equal to) the ultraspherical polynomials P_n^((lambda))(x).

Following Szegö, in this work, Gegenbauer polynomials are given in terms of the Jacobi polynomials P_n^((alpha,beta))(x) with alpha=beta=lambda-1/2 by

 C_n^((lambda))(x)=(Gamma(lambda+1/2))/(Gamma(2lambda))(Gamma(n+2lambda))/(Gamma(n+lambda+1/2))P_n^((lambda-1/2,lambda-1/2))(x)

(1)

(Szegö 1975, p. 80), thus making them equivalent to the Gegenbauer polynomials implemented in the Wolfram Language as GegenbauerC[nlambdax]. These polynomials are also given by the generating function

 1/((1-2xt+t^2)^lambda)=sum_(n=0)^inftyC_n^((lambda))(x)t^n.

(2)

The first few Gegenbauer polynomials are

C_0^((lambda))(x) = 1

(3)

C_1^((lambda))(x) = 2lambdax

(4)

C_2^((lambda))(x) = -lambda+2lambda(1+lambda)x^2

(5)

C_3^((lambda))(x) = -2lambda(1+lambda)x+4/3lambda(1+lambda)(2+lambda)x^3.

(6)

In terms of the hypergeometric functions,

C_n^((lambda))(x) = (n+2lambda-1; n)_2F_1(-n,n+2lambda;lambda+1/2;1/2(1-x))

(7)

= 2^n(n+lambda-1; n)(x-1)^n_2F_1(-n,-n-lambda+1/2;-2n-2lambda+1;2/(1-x))

(8)

= (n+2lambda+1; n)((x+1)/2)^n_2F_1(-n,-n-lambda+1/2;lambda+1/2;(x-1)/(x+1)).

(9)

They are normalized by

 int_(-1)^1(1-x^2)^(lambda-1/2)[C_n^((lambda))]^2dx=2^(1-2lambda)pi(Gamma(n+2lambda))/((n+lambda)Gamma^2(lambda)Gamma(n+1))

(10)

for lambda>-1/2.

Derivative identities include

d/(dx)C_n^((lambda))(x) = 2lambdaC_(n-1)^((lambda+1))(x)

(11)

(1-x^2)d/(dx)[C_n^((lambda))] = [2(n+lambda)]^(-1)[(n+2lambda-1)(n+2lambda)C_(n-1)^((lambda))(x)-n(n+1)C_(n+1)^((lambda))(x)]

(12)

= -nxC_n^((lambda))(x)+(n+2lambda-1)C_(n-1)^((lambda))(x)

(13)

= (n+2lambda)xC_n^((lambda))(x)-(n+1)C_(n+1)^((lambda))(x)

(14)

nC_n^((lambda))(x) = xd/(dx)[C_n^((lambda))(x)]-d/(dx)[C_(n-1)^((lambda))(x)]

(15)

(n+2lambda)C_n^((lambda))(x) = d/(dx)[C_(n+1)^((lambda))(x)]-xd/(dx)[C_n^((lambda))(x)]

(16)

d/(dx)[C_(n+1)^((lambda))(x)-C_(n-1)^((lambda))(x)] = 2(n+lambda)C_n^((lambda))(x)

(17)

= 2lambda[C_n^((lambda+1))(x)-C_(n-2)^((lambda+1))(x)]

(18)

(Szegö 1975, pp. 80-83).

A recurrence relation is

 nC_n^((lambda))(x)=2(n+lambda-1)xC_(n-1)^((lambda))(x)-(n+2lambda-2)C_(n-2)^((lambda))(x)

(19)

for n=2, 3, ....

Special double-nu formulas also exist

C_(2nu)^((lambda))(x) = (2nu+2lambda-1; 2nu)_2F_1(-nu,nu+lambda;lambda+1/2;1-x^2)

(20)

= (-1)^nu(nu+lambda-1; nu)_2F_1(-nu,nu+lambda;1/2;x^2)

(21)

C_(2nu+1)^((lambda))(x) = (2nu+2lambda; 2nu+1)x_2F_1(-nu,nu+lambda+1;lambda+1/2;1-x^2)

(22)

= (-1)^nu2lambda(nu+lambda; nu)x_2F_1(-nu,nu+lambda+1;3/2;x^2).

(23)

Koschmieder (1920) gives representations in terms of elliptic functions for lambda=-3/4 and lambda=-2/3.


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. Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, p. 643, 1985.

Erdélyi, A.; Magnus, W.; Oberhettinger, F.; and Tricomi, F. G. Higher Transcendental Functions, Vol. 2. New York: Krieger, p. 175, 1981.

Infeld, L. and Hull, T. E. "The Factorization Method." Rev. Mod. Phys. 23, 21-68, 1951.

Iyanaga, S. and Kawada, Y. (Eds.). "Gegenbauer Polynomials (Gegenbauer Functions)." Appendix A, Table 20.I in Encyclopedic Dictionary of Mathematics. Cambridge, MA: MIT Press, pp. 1477-1478, 1980.

Koekoek, R. and Swarttouw, R. F. "Gegenbauer / Ultraspherical." §1.8.1 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. 40-41, 1998.

Koschmieder, L. "Über besondere Jacobische Polynome." Math. Zeitschrift 8, 123-137, 1920.

Morse, P. M. and Feshbach, H. Methods of Theoretical Physics, Part I. New York: McGraw-Hill, pp. 547-549 and 600-604, 1953.

Roman, S. "A Particular Delta Series and the Gegenbauer Polynomials." §6.3 in The Umbral Calculus. New York: Academic Press, pp. 166-174, 1984.

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

Zwillinger, D. Handbook of Differential Equations, 3rd ed. Boston, MA: Academic Press, pp. 122-123, 1997.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي