자코비 다항식

수학노트
http://bomber0.myid.net/ (토론)님의 2012년 8월 26일 (일) 04:46 판
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개요
  • 직교다항식

 

 

정의
  • 초기하급수(Hypergeometric series)를 통해 정의된다
    \(P_n^{(\alpha,\beta)}(z)=\frac{(\alpha+1)_n}{n!} \,_2F_1\left(-n,1+\alpha+\beta+n;\alpha+1;\frac{1-z}{2}\right)\)
  • 다항식표현
    \(P_n^{(\alpha,\beta)} (z) = \frac{\Gamma (\alpha+n+1)}{n!\Gamma (\alpha+\beta+n+1)} \sum_{m=0}^n {n\choose m} \frac{\Gamma (\alpha + \beta + n + m + 1)}{\Gamma (\alpha + m + 1)} \left(\frac{z-1}{2}\right)^m\)

 

 

 

3항 점화식

 

 

 

미분방정식
  • 자 코비 다항식은 다음을 만족시킨다
    \((1-x^2)y'' + ( \beta-\alpha - (\alpha + \beta + 2)x )y'+ n(n+\alpha+\beta+1) y = 0\)

 

 

직교성
  • weight함수와 구간
    \(w(x) = (1-x)^{\alpha} (1+x)^{\beta}\)
    \([-1,1]\)
  • \(m\neq n\) 일 때
    \(\int_{-1}^1 (1-x)^{\alpha} (1+x)^{\beta} P_m^{(\alpha,\beta)} (x)P_n^{(\alpha,\beta)} (x) \; dx= 0\)
  • \(m=n\) 일 때
    \(\int_{-1}^1 (1-x)^{\alpha} (1+x)^{\beta} P_m^{(\alpha,\beta)} (x)P_n^{(\alpha,\beta)} (x) \; dx= \frac{2^{\alpha+\beta+1}}{2n+\alpha+\beta+1} \frac{\Gamma(n+\alpha+1)\Gamma(n+\beta+1)}{\Gamma(n+\alpha+\beta+1)n!} \delta_{nm}\)
    예 \(\alpha=2,\beta=2,m=n=2\)
    \(\int_{-1}^1 (1-x)^{\frac{1}{2}} (1+x)^{\frac{1}{2}} P_2^{(\frac{1}{2},\frac{1}{2})} (x)P_2^{(\frac{1}{2},\frac{1}{2})} (x) \; dx= \frac{4}{6} \frac{\Gamma(3+\frac{1}{2})\Gamma(3+\frac{1}{2})}{\Gamma(4)2!}=\frac{4(\frac{15\sqrt{\pi}}{8})^2}{12\cdot 3!}=\frac{25\pi}{128}\)

 

 

목록
  • 매쓰매티카 코드
    1. Do[Print["P_",i,"(z)=",JacobiP[i,a,b,z]],{i,0,4}]

 

P_0(z)=1
P_1(z)=1/2 (a-b+(2+a+b) z)
P_2(z)=1/2 (1+a) (2+a)+1/2 (2+a) (3+a+b) (-1+z)+1/8 (3+a+b) (4+a+b) (-1+z)^2
P_3(z)=1/6 (1+a) (2+a) (3+a)+1/4 (2+a) (3+a) (4+a+b) (-1+z)+1/8 (3+a) (4+a+b) (5+a+b) (-1+z)^2+1/48 (4+a+b) (5+a+b) (6+a+b) (-1+z)^3
P_4(z)=1/24 (1+a) (2+a) (3+a) (4+a)+1/12 (2+a) (3+a) (4+a) (5+a+b) (-1+z)+1/16 (3+a) (4+a) (5+a+b) (6+a+b) (-1+z)^2+1/48 (4+a) (5+a+b) (6+a+b) (7+a+b) (-1+z)^3+1/384 (5+a+b) (6+a+b) (7+a+b) (8+a+b) (-1+z)^4

 

 

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