Полиномы Чебышева — Arc.Ask3.Ru

Многочлены Чебышева Определение многочленов Чебышева Многочлены Чебышева определяются как Tn(x) и Un(x), где Tn(x) = cos(nθ) и Un(x) = sin((n+1)θ).   […]

Многочлены Чебышева

  • Определение многочленов Чебышева

    • Многочлены Чебышева определяются как Tn(x) и Un(x), где Tn(x) = cos(nθ) и Un(x) = sin((n+1)θ).  
    • Они могут быть выражены через тригонометрические функции и формулы де Муавра.  
  • Свойства многочленов Чебышева

    • Tn(x) ортогональны по отношению к внутреннему произведению, а Un(x) ортогональны к другому внутреннему произведению.  
    • Tn(x) имеют максимально возможный ведущий коэффициент и ограничены единицей на интервале [-1, 1].  
    • Они экстремальны для многих других свойств.  
  • Применение многочленов Чебышева

    • В теории приближений для решения линейных систем.  
    • Корни Tn(x) используются для оптимизации полиномиальной интерполяции.  
    • Метод квадратуры Кленшоу-Кертиса основан на использовании многочленов Чебышева.  
  • Производящие функции

    • Обычная производящая функция для Tn(x) равна 1-tx/(1-2tx+t2).  
    • Экспоненциальная производящая функция для Tn(x) равна e^tx\cosh(t\sqrt{x^2-1}).  
    • Производящая функция для Un(x) равна 1/(1-2tx+t2).  
  • Тригонометрическое определение

    • Tn(x) = cos(n\arccos x) при |x| ≤ 1, cosh(n\arccosh x) при x ≥ 1, (-1)^n\cosh(n\arccosh(-x)) при x ≤ -1.  
    • Un(x) = sin((n+1)\theta)/sin\theta.  
  • Определение через уравнение Пелла

    • Tn(x)2 — (x^2 — 1)Un-1(x)2 = 1.  
    • Многочлены Чебышева могут быть сгенерированы стандартным методом для уравнений Пелла.  
  • Соотношения между Tn и Un

    • Tn(x) + Un-1(x)\sqrt{x^2 — 1} = (x + x^2 — 1)^n.  
    • Tn+1(x) = xTn(x) — (1 — x^2)Un-1(x), Un+1(x) = xUn(x) + Tn+1(x).  
  • Определение и рекуррентные соотношения

    • Многочлены Чебышева второго рода определяются через рекуррентное соотношение: Tn(x) = 1/2(Un(x) — Un-2(x)).  
    • Итеративное использование формулы дает формулу суммы: Un(x) = 2∑j=0^n Tj(x) для нечетных n и 2∑j=0^n Tj(x) + 1 для четных n.  
    • Производная формула для Tn(x) дает рекуррентное соотношение для производной: 2Tn(x) = 1/(n+1)d/dxTn+1(x) — 1/(n-1)d/dxTn-1(x).  
  • Неравенства и интегральные соотношения

    • Неравенства Турана: Tn(x)^2 — Tn-1(x)Tn+1(x) = 1-x^2 > 0 для -1 < x < 1 и Un(x)^2 — Un-1(x)Un+1(x) = 1 > 0.  
    • Интегральные соотношения: ∫-1^1 Tn(y)y-x d/√(1-y^2) = πUn-1(x), ∫-1^1 Un-1(y)y-x d/√(1-y^2) = -πTn(x).  
  • Явные выражения

    • Тригонометрическое определение: Tn(x) = cos(n arccos x) для -1 ≤ x ≤ 1, cosh(n arccosh x) для 1 ≤ x, (-1)^n cosh(n arccosh (-x)) для x ≤ -1.  
    • Определение возведения в степень комплексного числа: Tn(x) = 1/2((x-x^2-1)^n + (x+x^2-1)^n) для x ∈ R.  
    • Формула де Муавра: Tn(cos(θ)) = Re((cos nθ + i sin nθ)) = Re((cos θ + i sin θ)^n).  
    • Гипергеометрическая функция: Tn(x) = ∑k=0^⌊n/2⌋ (n2k) (x^2-1)^k x^(n-2k) = 2F1(-n,n;1/2;1/2(1-x)).  
  • Свойства

    • Симметрия: Tn(-x) = (-1)n Tn(x).  
  • Экстремумы многочленов Чебышева

    • Многочлены Чебышева первого рода имеют экстремумы на интервале -1 ≤ x ≤ 1.  
    • Экстремумы находятся по адресу n + 1 значений x.  
    • Экстремумы могут быть ±1 или cos(2πk/d), где d > 2 и d | 2n.  
  • Дифференциация и интеграция

    • Производные от многочленов могут быть сложными.  
    • Дифференцирование приводит к формулам, включающим тригонометрические функции.  
    • Интегрирование позволяет выразить интегралы через многочлены Чебышева.  
  • Произведения многочленов Чебышева

    • Многочлены Чебышева удовлетворяют соотношению: Tm(x)Tn(x) = 1/2(Tm+n(x) + T|m-n|(x)).  
    • Это соотношение можно использовать для вычисления многочленов Чебышева.  
  • Свойства состава и делимости

    • Тригонометрические определения подразумевают свойства композиции и вложенности.  
  • Ортогональность многочленов Чебышева

    • Многочлены Чебышева ортогональны на интервале [-1, 1] по отношению к весу 1 − x2.  
    • Ортогональность вытекает из дифференциальных уравнений Чебышева.  
  • Дискретная ортогональность

    • Многочлены Чебышева удовлетворяют условию дискретной ортогональности.  
    • Для многочленов второго рода существуют аналогичные суммы.  
  • Минимальная θ-норма

    • Среди многочленов степени n с ведущим коэффициентом 1, многочлен f(x) = 1/2n-1Tn(x) имеет минимальное максимальное абсолютное значение на интервале [-1, 1].  
  • Многочлены Чебышева как частные случаи

    • Многочлены Чебышева являются частным случаем ультрасферических многочленов и многочленов Якоби.  
    • Многочлены Чебышева также являются частным случаем многочленов Диксона.  
  • Другие свойства

    • Кривые, заданные y = Tn(x), являются частным случаем кривых Лиссажу.  
    • Существуют соотношения между многочленами Лежандра и многочленами Чебышева.  
  • Чебышевские полиномы

    • Чебышевские полиномы образуют ортонормированный базис в пространстве Соболева.  
    • Функция может быть выражена через разложение по Чебышевским полиномам.  
    • Чебышевские полиномы связаны с косинусными рядами Фурье через замену переменных.  
  • Примеры использования

    • Чебышевское разложение логарифма (1 + x) позволяет найти коэффициенты через внутреннее произведение или дискретное условие ортогональности.  
    • Чебышевское разложение (1 − x2)α используется для вычисления коэффициентов через дискретное косинусное преобразование.  
  • Частичные суммы и полиномы в Чебышевской форме

    • Частичные суммы Чебышевских полиномов полезны для аппроксимации функций и решения дифференциальных уравнений.  
    • Полиномы в Чебышевской форме могут быть выражены через Чебышевские полиномы первого рода.  
  • Связанные полиномы

    • Полиномы Cn(x) и Sn(x) связаны с Чебышевскими полиномами через масштабирование.  
    • Сдвинутые Чебышевские полиномы Tn∗(x) и Un∗(x) связаны с Чебышевскими полиномами через сдвиг аргумента.  
    • Чебышевские полиномы третьего и четвертого рода связаны с косинусами и синусами через сдвиг аргумента.  
  • Ортогональность и пропорциональность

    • Чебышевские полиномы ортогональны с различными весами и пропорциональны полиномам Якоби.  
  • Свойства многочленов Чебышева

    • Многочлены Чебышева удовлетворяют требованиям повторяемости.  
    • Многочлены Чебышева могут быть представлены в различных формах, в зависимости от начального значения.  
  • Модифицированные многочлены Чебышева четного порядка

    • Некоторые приложения требуют многочленов Чебышева с корнями из нуля.  
    • Модифицированные многочлены Чебышева четного порядка содержат два корня из нуля.  
    • Модифицированные многочлены могут быть созданы из модифицированных узлов Чебышева четного порядка.  
  • Пример модифицированного многочлена Чебышева 4-го порядка

    • Стандартный многочлен Чебышева 4-го порядка не содержит корней из нуля.  
    • Модифицированный многочлен Чебышева 4-го порядка четного порядка содержит два корня из нуля.  
  • Дополнительные ресурсы

    • Математический портал  
    • Фильтр Чебышева  
    • Кубический корень Чебышева  
    • Многочлены Диксона  
    • Многочлены Лежандра  
    • Многочлены Лагерра  
    • Многочлены Эрмита  
    • Минимальный многочлен от 2cos(2pi/n)  
    • Многочлены Романовского  
    • Рациональные функции Чебышева  
    • Теория аппроксимации  
    • Аппроксимация функции  
    • Система Chebfun  
    • Дискретное преобразование Чебышева  
    • Неравенство братьев Марковых  
    • Алгоритм Кленшоу  
  • Рекомендации и источники

    • Внешние ссылки  
    • Материалы, связанные с многочленами Чебышева на Викискладе  

Полный текст статьи:

Полиномы Чебышева — Arc.Ask3.Ru

Оставьте комментарий

Прокрутить вверх