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 المرجع الالكتروني للمعلوماتية
تـشكيـل اتـجاهات المـستـهلك والعوامـل المؤثـرة عليـها
2024-11-27
النـماذج النـظريـة لاتـجاهـات المـستـهلـك
2024-11-27
{اصبروا وصابروا ورابطوا }
2024-11-27
الله لا يضيع اجر عامل
2024-11-27
ذكر الله
2024-11-27
الاختبار في ذبل الأموال والأنفس
2024-11-27


Gegenbauer Polynomial  
  
2522   05:57 مساءً   date: 4-8-2019
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: 3-6-2019 1536
Date: 20-6-2019 1320
Date: 18-7-2019 1700

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.




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.