المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
زكاة الفطرة
2024-11-05
زكاة الغنم
2024-11-05
زكاة الغلات
2024-11-05
تربية أنواع ماشية اللحم
2024-11-05
زكاة الذهب والفضة
2024-11-05
ماشية اللحم في الولايات المتحدة الأمريكية
2024-11-05

اقسام المقال الافتتاحي
15/12/2022
تفسير الآيات [272 الى 273] من سورة البقرة
12-06-2015
شعر لإبراهيم بن إدريس العلوي
2024-03-11
الماش
10-4-2016
دور كل من الحامض النووي والبروتين للفيروس في الاصابة
29-6-2018
الجوقة Consortia
6-12-2017

Associated Laguerre Polynomial  
  
2622   04:22 مساءً   date: 3-8-2019
Author : Abramowitz, M. and Stegun, I. A.
Book or Source : "Orthogonal Polynomials." Ch. 22 in Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover
Page and Part : ...


Read More
Date: 25-8-2018 1969
Date: 12-10-2018 1778
Date: 13-9-2019 2793

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.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.