Legendre polinomok | |
---|---|
Általános információ | |
Képlet | |
Skaláris szorzat | |
Tartomány | |
további jellemzők | |
Differenciálegyenlet | |
Norma | |
Valaki után elnevezve | Legendre, Adrien Marie |
A Legendre -polinom az a polinom , amely a legkevésbé tér el a nullától az átlagnégyzet értelmében . Egy térbeli szakaszon ortogonális polinomrendszert alkot . Legendre polinomokat kaphatunk polinomokból Gram–Schmidt ortogonalizációval .
Adrien Marie Legendre francia matematikusról nevezték el .
Tekintsük az alak differenciálegyenletét
(egy) |
ahol egy komplex változó . Ennek az egyenletnek az egész számokra vonatkozó megoldásai polinomok , úgynevezett Legendre-polinomok . A Legendre fokszámú polinom a Rodrigues-formulán keresztül a következő formában ábrázolható : [1]
Gyakran ehelyett koszinusz polárszöget írunk :
Az ( 1 ) egyenlet a hipergeometriai egyenlet egy speciális esetéből , az úgynevezett Legendre egyenletből nyerhető
(2) |
ahol , tetszőleges összetett állandók. Érdekesek azok a megoldásai, amelyek egyértékűek és szabályosak (különösen valós esetén ), vagy ha a szám valós része nagyobb egynél. Megoldásait társított Legendre-függvényeknek vagy gömbfüggvényeknek (harmonikusoknak) nevezik . A ( 2 ) -beli alak behelyettesítése a Gauss-egyenletet adja , melynek megoldása a tartományban a következő alakot veszi fel
hol van a hipergeometrikus függvény . A ( 2 ) behelyettesítés a forma megoldásához vezet
-n van meghatározva . A és függvényeket első és második típusú Legendre függvényeknek nevezzük . [2]
A következő összefüggések érvényesek [3]
és
A Legendre polinomokat a következő képlet is definiálja:
Kiszámíthatók a rekurzív képlettel is (for ) [4] :
(3) |
és az első két függvénynek az a formája
A következő képlettel számítva: [5]
(négy) |
A Newton-módszerrel iteratív módon számítva [5] :
és a -edik gyök ( ) kezdeti közelítését az [5] képlet szerint vesszük .
Egy polinom értéke egy adott x érték rekurzív képletével számítható ki . A derivált egy adott x értékre is kiszámítható a derivált képlet segítségével .
A Legendre-polinomokat a következő kiterjesztések is meghatározzák:
számára számáraKövetkezésképpen,
A kapcsolódó Legendre-polinomokat a képlet határozza meg
amely úgy is ábrázolható
A függvény ugyanaz, mint a .
Normalizálás Schmidt-szabály szerintA Schmidt-szabály szerint normalizált Legendre-polinomok így néznek ki [6] :
Az eltolt Legendre-polinomok a következőképpen vannak definiálva: , ahol az eltolási függvény (ez egy affin transzformáció ) úgy van kiválasztva, hogy a polinomok ortogonalitási intervallumát egyedileg képezze le arra az intervallumra , amelyben az eltolt polinomok már ortogonálisak :
Az eltolt Legendre-polinomok explicit kifejezését a következőképpen adjuk meg
Az eltolt Legendre-polinomok Rodrigues-képletének analógja
Kifejezések néhány első eltolt Legendre-polinomhoz:
n | |
---|---|
0 | |
egy | |
2 | |
3 | |
négy |
Ez a mátrix felső háromszög alakú . Determinánsa nulla, sajátértékei pedig , ahol .
Az első Legendre-polinomok explicit formában:
Azóta _
A Lipschitz-függvény a tulajdonság függvénye
, hol .Ez a függvény a Legendre-polinomok sorozatává bővül.
Legyen a folytonos leképezések tere a , , és szakaszon .
Hadd
akkor megfelel a következő feltételnek:
Engedje meg és teljesítse a következő feltételeket:
A Lipschitz függvény a következőképpen írható fel:
Az ellipszisben –1 és +1 fókuszú holomorf bármely függvény ábrázolható sorozatként:
A , , feltételeket kielégítő mennyiségekre valós szám , felírhatjuk az összeadási tételt az első típusú Legendre-polinomokra: [7]
vagy a gamma függvényen keresztül :
A második típusú Legendre-polinomok esetében az összeadási tétel így néz ki [8]
feltételek mellett , , , .
A Legendre-polinomok (a kapcsolódó Legendre-függvényekkel együtt ) természetesen előfordulnak a potenciálelméletben .
A gömbfüggvények olyan ( gömbi koordinátákban kifejezett) függvények, amelyek alakja (egy állandóig)
éshol vannak a kapcsolódó Legendre-polinomok. Képviselhetők úgy is , mint , ahol gömbfüggvények .
A gömbfüggvények mindenhol kielégítik a Laplace-egyenletet .