जैकोबी बहुपद

For कई चरों के जैकोबी बहुपद, see हेकमैन-ओपडम बहुपद.

गणित में, जैकोबी बहुपद (कभी-कभी अतिज्यामितीय बहुपद कहा जाता है) $P_{n}^{(\alpha ,\beta )}(x)$ शास्त्रीय लंबकोणीय बहुपदों का एक वर्ग हैं। वे अंतराल $[-1,1]$ पर प्रभाव $(1-x)^{\alpha }(1+x)^{\beta }$ के संबंध में लंबकोणीय हैं। गेंगेंबोइर बहुपद, और इस प्रकार लेजेंड्रे बहुपद, ज़र्निके बहुपद और चेबिशेव बहुपद, जैकोबी बहुपद के विशेष स्थितियां हैं।

जैकोबी बहुपद कार्ल गुस्ताव जैकब जैकोबी द्वारा प्रस्तुत किए गए थे।

परिभाषाएँ

हाइपरज्यामितीय फलन के माध्यम से

जैकोबी बहुपदों को हाइपरज्यामितीय फलन के माध्यम से निम्नानुसार परिभाषित किया गया है:

$P_{n}^{(\alpha ,\beta )}(z)={\frac {(\alpha +1)_{n}}{n!}}\,{}_{2}F_{1}\left(-n,1+\alpha +\beta +n;\alpha +1;{\tfrac {1}{2}}(1-z)\right),$

जहाँ $(\alpha +1)_{n}$ पोछाम्मेर का प्रतीक है (बढ़ते तथ्यात्मक के लिए)। इस स्थिति में, हाइपरज्यामितीय फलन के लिए श्रृंखला परिमित है, इसलिए निम्नलिखित समकक्ष अभिव्यक्ति प्राप्त होती है:

$P_{n}^{(\alpha ,\beta )}(z)={\frac {\Gamma (\alpha +n+1)}{n!\,\Gamma (\alpha +\beta +n+1)}}\sum _{m=0}^{n}{n \choose m}{\frac {\Gamma (\alpha +\beta +n+m+1)}{\Gamma (\alpha +m+1)}}\left({\frac {z-1}{2}}\right)^{m}.$

रोड्रिग्स का सूत्र

रोड्रिग्स के सूत्र द्वारा एक समतुल्य परिभाषा दी गई है:

$P_{n}^{(\alpha ,\beta )}(z)={\frac {(-1)^{n}}{2^{n}n!}}(1-z)^{-\alpha }(1+z)^{-\beta }{\frac {d^{n}}{dz^{n}}}\left\{(1-z)^{\alpha }(1+z)^{\beta }\left(1-z^{2}\right)^{n}\right\}.$

अगर $\alpha =\beta =0$, तो यह लीजेंड्रे बहुपदों को कम कर देता है:

$P_{n}(z)={\frac {1}{2^{n}n!}}{\frac {d^{n}}{dz^{n}}}(z^{2}-1)^{n}\;.$

वास्तविक तर्क के लिए वैकल्पिक अभिव्यक्ति

वास्तव में $x$ जैकोबी बहुपद को वैकल्पिक रूप से लिखा जा सकता है

$P_{n}^{(\alpha ,\beta )}(x)=\sum _{s=0}^{n}{n+\alpha \choose n-s}{n+\beta \choose s}\left({\frac {x-1}{2}}\right)^{s}\left({\frac {x+1}{2}}\right)^{n-s}$

और पूर्णांक के लिए $n$

${z \choose n}={\begin{cases}{\frac {\Gamma (z+1)}{\Gamma (n+1)\Gamma (z-n+1)}}&n\geq 0\\0&n<0\end{cases}}$

जहाँ $\Gamma (z)$ गामा फलन है।

विशेष स्थितियों में कि चार मात्राएँ $n$, $n+\alpha$, $n+\beta$, $n+\alpha +\beta$ गैर-नकारात्मक पूर्णांक हैं, जैकोबी बहुपद को इस रूप में लिखा जा सकता है

$P_{n}^{(\alpha ,\beta )}(x)=(n+\alpha )!(n+\beta )!\sum _{s=0}^{n}{\frac {1}{s!(n+\alpha -s)!(\beta +s)!(n-s)!}}\left({\frac {x-1}{2}}\right)^{n-s}\left({\frac {x+1}{2}}\right)^{s}.$

(1)

के सभी पूर्णांक मानों पर योग का विस्तार होता है $s$ जिसके लिए फैक्टोरियल्स के तर्क गैर-नकारात्मक हैं।

विशेष स्थितियां

$P_{0}^{(\alpha ,\beta )}(z)=1,$

$P_{1}^{(\alpha ,\beta )}(z)=(\alpha +1)+(\alpha +\beta +2){\frac {z-1}{2}},$

$P_{2}^{(\alpha ,\beta )}(z)={\frac {(\alpha +1)(\alpha +2)}{2}}+(\alpha +2)(\alpha +\beta +3){\frac {z-1}{2}}+{\frac {(\alpha +\beta +3)(\alpha +\beta +4)}{2}}\left({\frac {z-1}{2}}\right)^{2}.$

मूल गुण

लंबकोणीयिटी

जैकोबी बहुपद लंबकोणीयिटी की स्थिति को संतुष्ट करते हैं

$\int _{-1}^{1}(1-x)^{\alpha }(1+x)^{\beta }P_{m}^{(\alpha ,\beta )}(x)P_{n}^{(\alpha ,\beta )}(x)\,dx={\frac {2^{\alpha +\beta +1}}{2n+\alpha +\beta +1}}{\frac {\Gamma (n+\alpha +1)\Gamma (n+\beta +1)}{\Gamma (n+\alpha +\beta +1)n!}}\delta _{nm},\qquad \alpha ,\ \beta >-1.$

जैसा कि परिभाषित किया गया है, प्रभाव के संबंध में उनके पास इकाई मानदंड नहीं है। इसे उपरोक्त समीकरण के दाहिने हाथ की ओर के वर्गमूल से विभाजित करके ठीक किया जा सकता है, जब $n=m$।

हालांकि यह एक अलौकिक आधार नहीं देता है, कभी-कभी इसकी सादगी के कारण एक वैकल्पिक सामान्यीकरण को प्राथमिकता दी जाती है:

$P_{n}^{(\alpha ,\beta )}(1)={n+\alpha \choose n}.$

सममिति संबंध

बहुपदों में सममिति संबंध होता है

$P_{n}^{(\alpha ,\beta )}(-z)=(-1)^{n}P_{n}^{(\beta ,\alpha )}(z);$

इस प्रकार अन्य टर्मिनल मान है

$P_{n}^{(\alpha ,\beta )}(-1)=(-1)^{n}{n+\beta \choose n}.$

=== संजात === $k$वें> वें व्युत्पन्न स्पष्ट अभिव्यक्ति की ओर जाता है

${\frac {d^{k}}{dz^{k}}}P_{n}^{(\alpha ,\beta )}(z)={\frac {\Gamma (\alpha +\beta +n+1+k)}{2^{k}\Gamma (\alpha +\beta +n+1)}}P_{n-k}^{(\alpha +k,\beta +k)}(z).$

विभेदक समीकरण

जैकोबी बहुपद $P_{n}^{(\alpha ,\beta )}$ दूसरे क्रम के रैखिक सजातीय अंतर समीकरण का एक समाधान है

$\left(1-x^{2}\right)y''+(\beta -\alpha -(\alpha +\beta +2)x)y'+n(n+\alpha +\beta +1)y=0.$

पुनरावृत्ति संबंध

लंबकोणीय बहुपद # स्थिर के जैकोबी बहुपदों के लिए पुनरावृत्ति संबंध $\alpha$, $\beta$ है:

${\begin{aligned}&2n(n+\alpha +\beta )(2n+\alpha +\beta -2)P_{n}^{(\alpha ,\beta )}(z)\\&\qquad =(2n+\alpha +\beta -1){\Big \{}(2n+\alpha +\beta )(2n+\alpha +\beta -2)z+\alpha ^{2}-\beta ^{2}{\Big \}}P_{n-1}^{(\alpha ,\beta )}(z)-2(n+\alpha -1)(n+\beta -1)(2n+\alpha +\beta )P_{n-2}^{(\alpha ,\beta )}(z),\end{aligned}}$

के लिए $n=2,3,\ldots$। संक्षिप्तता के लिए लिख रहा हूँ $a:=n+\alpha$, $b:=n+\beta$ और $c:=a+b=2n+\alpha +\beta$, यह के संदर्भ में हो जाता है $a,b,c$

$2n(c-n)(c-2)P_{n}^{(\alpha ,\beta )}(z)=(c-1){\Big \{}c(c-2)z+(a-b)(c-2n){\Big \}}P_{n-1}^{(\alpha ,\beta )}(z)-2(a-1)(b-1)c\;P_{n-2}^{(\alpha ,\beta )}(z).$

चूँकि जैकोबी बहुपदों को हाइपरज्यामितीय फलन के संदर्भ में वर्णित किया जा सकता है, हाइपरज्यामितीय फलन की पुनरावृत्ति जैकोबी बहुपदों के समकक्ष पुनरावृत्ति देती है। विशेष रूप से, गॉस के सन्निहित संबंध सर्वसमिकाओं के अनुरूप हैं

$\sum _{n=0}^{\infty }P_{n}^{(\alpha ,\beta )}(z)t^{n}=2^{\alpha +\beta }R^{-1}(1-t+R)^{-\alpha }(1+t+R)^{-\beta },$