에르미트 다항식(Hermite polynomials)

수학노트
http://bomber0.myid.net/ (토론)님의 2012년 2월 13일 (월) 07:30 판
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개요
  • 고전적인 직교다항식의 하나
  • 확률론에서 등장
  • 물리학의 양자조화진동자의 파동함수로 기술하는데 사용됨

 

 

정의
  • 로드리게즈 공식
    \(H_n(x)=(-1)^n e^{x^2}\frac{d^n}{dx^n}e^{-x^2}\)

 

 

직교성
  • weight함수
    \(w(x) = \mathrm{e}^{-x^2}\)
  • \(m\neq n\) 일 때
    \(\int_{-\infty}^\infty H_m(x) H_n(x)\, w(x) \, \mathrm{d}x = 0\)
  • \(m=n\) 일 때
    \(\int_{-\infty}^\infty H_n(x) H_n(x)\, \mathrm{e}^{-x^2}\, \mathrm{d}x = n! \, 2^n \sqrt{\pi}\)
    예
    \(\int_{-\infty}^\infty H_4(x) H_4(x)\, \mathrm{e}^{-x^2}\, \mathrm{d}x = \int_{-\infty}^\infty (12-48 x^2+16 x^4)^2\, \mathrm{e}^{-x^2}\, \mathrm{d}x =384\sqrt{\pi}\)

 

 

에르미트 다항식의 미분

\(H_n'(x) = 2nH_{n-1}(x)\)

 

 

3항점화식

\(H_{n+1}(x)=2xH_n(x)-2nH_{n-1}(x)\)

 

 

생성함수

\(e^{2xt-t^2} = \sum_{n=0}^\infty H_n(x) \frac {t^n}{n!}=1+2 x t+\left(-1+2 x^2\right) t^2+\frac{2}{3} \left(-3 x+2 x^3\right) t^3+\frac{1}{6} \left(3-12 x^2+4 x^4\right) t^4+\cdots\)

 

 

에르미트 미분방정식
  • \(H_n(x)\) 는 \(u'' - 2xu'+2n u=0\)의 해이다
     
     

 

 

목록

H_0(x)=1
H_1(x)=2 x
H_2(x)=-2+4 x^2
H_3(x)=-12 x+8 x^3
H_4(x)=12-48 x^2+16 x^4
H_5(x)=120 x-160 x^3+32 x^5
H_6(x)=-120+720 x^2-480 x^4+64 x^6
H_7(x)=-1680 x+3360 x^3-1344 x^5+128 x^7
H_8(x)=1680-13440 x^2+13440 x^4-3584 x^6+256 x^8
H_9(x)=30240 x-80640 x^3+48384 x^5-9216 x^7+512 x^9
H_10(x)=-30240+302400 x^2-403200 x^4+161280 x^6-23040 x^8+1024 x^10
H_11(x)=-665280 x+2217600 x^3-1774080 x^5+506880 x^7-56320 x^9+2048 x^11
H_12(x)=665280-7983360 x^2+13305600 x^4-7096320 x^6+1520640 x^8-135168 x^10+4096 x^12
H_13(x)=17297280 x-69189120 x^3+69189120 x^5-26357760 x^7+4392960 x^9-319488 x^11+8192 x^13
H_14(x)=-17297280+242161920 x^2-484323840 x^4+322882560 x^6-92252160 x^8+12300288 x^10-745472 x^12+16384 x^14
H_15(x)=-518918400 x+2421619200 x^3-2905943040 x^5+1383782400 x^7-307507200 x^9+33546240 x^11-1720320 x^13+32768 x^15
H_16(x)=518918400-8302694400 x^2+19372953600 x^4-15498362880 x^6+5535129600 x^8-984023040 x^10+89456640 x^12-3932160 x^14+65536 x^16
H_17(x)=17643225600 x-94097203200 x^3+131736084480 x^5-75277762560 x^7+20910489600 x^9-3041525760 x^11+233963520 x^13-8912896 x^15+131072 x^17
H_18(x)=-17643225600+317578060800 x^2-846874828800 x^4+790416506880 x^6-338749931520 x^8+75277762560 x^10-9124577280 x^12+601620480 x^14-20054016 x^16+262144 x^18
H_19(x)=-670442572800 x+4022655436800 x^3-6436248698880 x^5+4290832465920 x^7-1430277488640 x^9+260050452480 x^11-26671841280 x^13+1524105216 x^15-44826624 x^17+524288 x^19
H_20(x)=670442572800-13408851456000 x^2+40226554368000 x^4-42908324659200 x^6+21454162329600 x^8-5721109954560 x^10+866834841600 x^12-76205260800 x^14+3810263040 x^16-99614720 x^18+1048576 x^20

 

 

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