Romanovského polynomy - Romanovski polynomials - Wikipedia
v matematika, Romanovského polynomy jsou jednou ze tří konečných podmnožin skutečných ortogonálních polynomů objevených Vsevolod Romanovsky[1] (Romanovski ve francouzském přepisu) v kontextu funkcí rozdělení pravděpodobnosti ve statistice. Tvoří ortogonální podmnožinu obecnější rodiny málo známých Routhovy polynomy představil Edward John Routh[2] v roce 1884. Termín Romanovského polynomy navrhl Raposo,[3] s odkazem na takzvané „pseudo-Jacobiho polynomy v Leskyho klasifikačním schématu.[4] Zdá se důslednější označovat je jako Romanovski – Routhovy polynomy, analogicky s podmínkami Romanovski – Bessel a Romanovski – Jacobi používá Lesky pro dvě další sady ortogonálních polynomů.
Na rozdíl od standardních klasických ortogonálních polynomů se uvažované polynomy liší, pokud jde pouze o libovolné parametry konečný počet z nich je kolmý, jak je podrobněji popsáno níže.
Diferenciální rovnice pro Romanovského polynomy
Romanovského polynomy řeší následující verzi hypergeometrická diferenciální rovnice
(1)
Kupodivu byly vynechány ze standardních učebnic speciální funkce v matematické fyzice[5][6] a v matematice[7][8] a jinde v matematické literatuře jsou jen relativně vzácní.[9][10][11]
The váhové funkce jsou
(2)
řeší Pearsonovu diferenciální rovnici
(3)
který zajišťuje sebeobsluha diferenciálního operátora hypergeometrie obyčejná diferenciální rovnice.
Pro α = 0 a β < 0, váhová funkce Romanovských polynomů má tvar Cauchyovo rozdělení, odkud jsou přidružené polynomy také označovány jako Cauchyovy polynomy[12] v jejich aplikacích v teorii náhodných matic.[13]
Rodriguesův vzorec určuje polynom R(α,β)
n(X) tak jako
(4)
kde Nn je normalizační konstanta. Tato konstanta souvisí s koeficientem Cn termínu studia n v polynomu R(α,β)
n(X) výrazem
(5)
který platí pro n ≥ 1.
Vztah mezi polynomy Romanovského a Jacobiho
Jak ukázal Askey, tuto konečnou sekvenci skutečných ortogonálních polynomů lze vyjádřit pomocí Jacobiho polynomů imaginárního argumentu, a proto se často označuje jako komplexizované Jacobiho polynomy.[14] Jmenovitě Romanovského rovnice (1) lze formálně získat z Jacobiho rovnice,[15]
(6)
prostřednictvím náhrad, opravdu X,
(7)
v tom případě jeden najde
(8)
(s vhodně zvolenými normalizačními konstantami pro Jacobiho polynomy). Složité Jacobiho polynomy vpravo jsou definovány pomocí (1.1) v Kuijlaars et al. (2003)[16] což zajišťuje, že (8) jsou skutečné polynomy v x. Vzhledem k tomu, že citovaní autoři diskutují neermitské (komplexní) podmínky ortogonality pouze pro skutečné Jacobiho indexy, překrývání mezi jejich analýzou a definicí (8) Romanovských polynomů existuje pouze v případě, že α = 0. Zkoumání tohoto zvláštního případu však vyžaduje více zkoumání nad rámec tohoto článku. Všimněte si invertibility (8) podle
(9)
kam teď, P(α,β)
n(X) je skutečný Jacobiho polynom a
by byl komplexní Romanovského polynom.
Vlastnosti Romanovských polynomů
Explicitní konstrukce
Opravdu α, β a n = 0, 1, 2, ..., funkce R(α,β)
n(X) lze definovat pomocí Rodriguesova vzorce v rovnici (4) tak jako
(10)
kde w(α,β) je stejná váhová funkce jako v (2), a s(X) = 1 + X2 je koeficient druhé derivace hypergeometrická diferenciální rovnice jako v (1).
Všimněte si, že jsme vybrali normalizační konstanty Nn = 1, což je ekvivalentní volbě koeficientu nejvyššího stupně v polynomu, jak je dán rovnicí (5). Má formu
(11)
Všimněte si také, že koeficient Cn nezávisí na parametru α, ale pouze na β a pro konkrétní hodnoty β, Cn zmizí (tj. pro všechny hodnoty
kde k = 0, ..., n − 1). Toto pozorování představuje problém řešený níže.
Pro pozdější použití explicitně napíšeme polynomy stupňů 0, 1 a 2,
které jsou odvozeny od Rodriguesova vzorce (10) ve spojení s Pearson's ODE (3).
Ortogonalita
Dva polynomy, R(α,β)
m(X) a R(α,β)
n(X) s m ≠ n, jsou kolmé,[3]
(12)
jen tehdy,
(13)
Jinými slovy, pro libovolné parametry je pouze konečný počet Romanovských polynomů ortogonálních. Tato vlastnost se označuje jako konečná ortogonalita. V některých zvláštních případech, kdy parametry závisí konkrétním způsobem na polynomiálním stupni, lze dosáhnout nekonečné ortogonality.
To je případ verze rovnice (1), se kterým se v souvislosti s přesnou rozpustností kvantově-mechanického problému v USA znovu setkali nezávisle trigonometrický potenciál Rosen-Morse a popsáno v Compean & Kirchbach (2006).[17] Tam polynomiální parametry α a β již nejsou libovolné, ale jsou vyjádřeny z hlediska potenciálních parametrů, A a ba stupeň n polynomu podle vztahů,
(14)
Odpovídajícím způsobem, λn se jeví jako λn = −n(2A + n − 1), zatímco váhová funkce získá tvar
Nakonec jednorozměrná proměnná, X, ve společnosti Compean & Kirchbach (2006)[17] byl vzat jako
kde r je radiální vzdálenost, zatímco je vhodný parametr délky. Ve společnosti Compean & Kirchbach[17] bylo prokázáno, že rodina Romanovských polynomů odpovídající nekonečné posloupnosti párů parametrů,
(15)
je kolmý.
Generující funkce
Ve Weberovi (2007)[18] polynomy Q(αn, βn + n)
ν(X), s βn + n = −Aa doplňující k R(αn, βn)
n(X) byly studovány, generovány následujícím způsobem:
(16)
Při zohlednění vztahu
(17)
Rovnice (16) se stává ekvivalentem
(18)
a tak spojuje komplementární s hlavními Romanovského polynomy.
Hlavním lákadlem komplementárních polynomů je, že jejich generující funkce lze vypočítat v uzavřené formě.[19] Takový generující funkce, psaný pro Romanovského polynomy na základě rovnice (18) s parametry v (14), a proto s odkazem na nekonečnou ortogonalitu, byl zaveden jako
(19)
Značkové rozdíly mezi Weberem[18] a ty zde použité jsou shrnuty následovně:
- G(αn, βn)(X,y) tady versus Q(X,y;α,−A) tam, α tam místo αn tady,
- A = −βn − n, a
- Q(α,−A)
ν(X) v rovnici (15) ve Weberovi[18] souhlasí s R(αn, βn + n − ν)
ν(X) tady.
Diskutující generující funkce získaná Weberem[18] nyní zní:
(20)
Vztahy opakování
Vztahy opakování mezi nekonečnou ortogonální řadou Romanovských polynomů s parametry ve výše uvedených rovnicích (14) vyplývá z generující funkce,[18]
(21)
a
(22)
jako rovnice (10) a (23) Webera (2007)[18] resp.
Viz také
Reference
tento článek chybí ISBN pro knihy v něm uvedené. (Prosince 2017) |
- ^ Romanovski, V. (1929). "Třídy sur quelques nouvelles de polynomes orthogonaux". C. R. Acad. Sci. Paříž (francouzsky). 188: 1023.
- ^ Routh, E. J. (1884). „O některých vlastnostech určitých řešení diferenciální rovnice druhého řádu“ (PDF). Proc. London Math. Soc. 16: 245. doi:10.1112 / plms / s1-16.1.245.
- ^ A b Raposo, A. P .; Weber, H. J .; Álvarez Castillo, D. E .; Kirchbach, M. (2007). "Romanovski polynomy ve vybraných fyzikálních problémech". Cent. Eur. J. Phys. 5 (3): 253–284. arXiv:0706.3897. Bibcode:2007CEJPh ... 5..253R. doi:10.2478 / s11534-007-0018-5.
- ^ Lesky, P. A. (1996). "Endliche und unendliche Systeme von kontinuierlichen klassischen Orthogonalpolynomen". Z. Angew. Matematika. Mech. (v němčině). 76 (3): 181. Bibcode:1996ZaMM ... 76..181L. doi:10.1002 / zamm.19960760317.
- ^ Abramowitz, M.; Stegun, I. (1972). Příručka matematických funkcí se vzorci, grafy a matematickými tabulkami (2. vyd.). New York, NY: Dover. ISBN 978-0-486-61272-0.
- ^ Nikiforov, A. F .; Uvarov, V. B. (1988). Speciální funkce matematické fyziky. Basilej: Birkhäuser Verlag.
- ^ Szego, G. (1939). Ortogonální polynomy. 23. Providence, RI: American Mathematical Society.
- ^ Ismail, M. E. H. (2005). Klasické a kvantové ortogonální polynomy v jedné proměnné. Cambridge University Press.
- ^ Askey, R. (1987). "Integrál Ramanujanu a ortogonálních polynomů". J. Indian Math. Soc. 51: 27.
- ^ Askey, R. (1987). "Beta integrály a přidružené ortogonální polynomy". Teorie čísel. Poznámky k přednášce v matematice. 1395. Madras / Berlín: Springer. p. 84.
- ^ Zarzo Altarejos, A. (1995). Diferenciální rovnice hypergeometrického typu (PhD) (ve španělštině). Přírodovědecká fakulta, University of Granada.
- ^ Witte, N. S .; Forrester, P. J. (2000). Msgstr "Pravděpodobnosti mezery v konečných a zmenšených souborech náhodných matic Cauchyho". Nelinearita. 13 (6): 13–1986. arXiv:math-ph / 0009022. Bibcode:2000Nonli..13.1965W. doi:10.1088/0951-7715/13/6/305.
- ^ Forrester, P. J. (2010). Log-plyny a náhodné matice. Monografie London Mathematical Society. Princeton University Press.
- ^ Cotfas, N. (2004). "Systémy ortogonálních polynomů definované rovnicemi hypergeometrického typu s aplikací na kvantovou mechaniku". Cent. Eur. J. Phys. 2 (3): 456–466. arXiv:math-ph / 0602037. Bibcode:2004CEJPh ... 2..456C. doi:10,2478 / bf02476425.
- ^ Weisstein, Eric W. „Jacobiho diferenciální rovnice“. MathWorld.
- ^ Kuijlaars, A. B. J .; Martinez-Finkelshtein, A .; Orive, R. (2005). "Ortogonalita Jacobiho polynomů s obecnými parametry". Elektron. Trans. Číslo. Anální. 19: 1–17. arXiv:matematika / 0301037. Bibcode:Matematika 2003 ... 1037 tis.
- ^ A b C Compean, C. B .; Kirchbach, M. (2006). „Trigonometrický potenciál Rosen – Morse v supersymetrické kvantové mechanice a jeho přesná řešení“. J. Phys. A: Math. Gen. 39 (3): 547–558. arXiv:quant-ph / 0509055. Bibcode:2006JPhA ... 39..547C. doi:10.1088/0305-4470/39/3/007.
- ^ A b C d E F Weber, H. J. (2007). "Spojení mezi Romanovského polynomy a jinými polynomy". Středoevropský žurnál matematiky. 5 (3): 581. arXiv:0706.3153. doi:10.2478 / s11533-007-0014-4.
- ^ Weber, H. J. (2007). "Spojení mezi reálnými polynomiálními řešeními diferenciálních rovnic hypergeometrického typu s Rodriguesovým vzorcem". Středoevropský žurnál matematiky. 5 (2): 415–427. arXiv:0706.3003. doi:10,2478 / s11533-007-0004-6.