المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9764 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر

الأفعال التي تنصب مفعولين
23-12-2014
صيغ المبالغة
18-02-2015
الجملة الإنشائية وأقسامها
26-03-2015
اولاد الامام الحسين (عليه السلام)
3-04-2015
معاني صيغ الزيادة
17-02-2015
انواع التمور في العراق
27-5-2016

Chebyshev Polynomial of the Second Kind  
  
2826   04:31 مساءً   date: 3-8-2019
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: 25-3-2019 1351
Date: 4-8-2019 2940
Date: 27-8-2019 1373

Chebyshev Polynomial of the Second Kind

ChebyshevU

A modified set of Chebyshev polynomials defined by a slightly different generating function. They arise in the development of four-dimensional spherical harmonics in angular momentum theory. They are a special case of the Gegenbauer polynomial with alpha=1. They are also intimately connected with trigonometric multiple-angle formulas. The Chebyshev polynomials of the second kind are denoted U_n(x), and implemented in the Wolfram Language as ChebyshevU[nx]. The polynomials U_n(x) are illustrated above for x in [-1,1] and n=1, 2, ..., 5.

The first few Chebyshev polynomials of the second kind are

U_0(x) = 1

(1)

U_1(x) = 2x

(2)

U_2(x) = 4x^2-1

(3)

U_3(x) = 8x^3-4x

(4)

U_4(x) = 16x^4-12x^2+1

(5)

U_5(x) = 32x^5-32x^3+6x

(6)

U_6(x) = 64x^6-80x^4+24x^2-1.

(7)

When ordered from smallest to largest powers, the triangle of nonzero coefficients is 1; 2; -1, 4; -4, 8; 1, -12, 16; 6, -32, 32; ... (OEIS A053117).

The defining generating function of the Chebyshev polynomials of the second kind is

g(t,x) = 1/(1-2xt+t^2)

(8)

= sum_(n=0)^(infty)U_n(x)t^n

(9)

for |x|<1 and |t|<1. To see the relationship to a Chebyshev polynomial of the first kind T(x), take partial/partialt of equation (9) to obtain

(partialg)/(partialt) = 2(x-t)(1-2xt+t^2)^(-2)

(10)

= sum_(n=0)^(infty)nU_n(x)t^(n-1).

(11)

Multiplying (◇) by t then gives

 (2xt-2t^2)(1-2xt+t^2)^(-2)=sum_(n=0)^inftynU_n(x)t^n

(12)

and adding (12) and (◇) gives

((2xt-2t^2)+(1-2xt+t^2))/((1-2xt+t^2)^2) = (1-t^2)/((1-2xt+t^2)^2)

(13)

= sum_(n=0)^(infty)(n+1)U_n(x)t^n.

(14)

This is the same generating function as for the Chebyshev polynomial of the first kind except for an additional factor of 1-2xt+t^2 in the denominator.

The Rodrigues representation for U_n is

 U_n(x)=((-1)^n(n+1)sqrt(pi))/(2^(n+1)(n+1/2)!(1-x^2)^(1/2))(d^n)/(dx^n)[(1-x^2)^(n+1/2)].

(15)

The polynomials can also be defined in terms of the sums

U_n(x) = sum_(r=0)^(|_n/2_|)(-1)^r(n-r; r)(2x)^(n-2r)

(16)

= sum_(m=0)^(|_n/2_|)(n+1; 2m+1)x^(n-2m)(x^2-1)^m,

(17)

where |_x_| is the floor function and [x] is the ceiling function, or in terms of the product

 U_n(x)=2^nproduct_(k=1)^n[x-cos((kpi)/(n+1))]

(18)

(Zwillinger 1995, p. 696).

U_n(x) also obey the interesting determinant identity

 U_n=|2x 1 0 0 ... 0 0; 1 2x 1 0 ... 0 0; 0 1 2x 1 ... 0 0; 0 0 1 2x ... 0 0; 0 0 0 1 ... 1 0; | ... ... ... ... ... 1; 0 0 0 0 ... 1 2x|.

(19)

The Chebyshev polynomials of the second kind are a special case of the Jacobi polynomials P_n^((alpha,beta)) with alpha=beta=1/2,

U_n(x) = (n+1)(P_n^((1/2,1/2))(x))/(P_n^((1/2,1/2))(1))

(20)

= (n+1)_2F_1(-n,n+2;3/2;1/2(1-x)),

(21)

where _2F_1(a,b;c;x) is a hypergeometric function (Koekoek and Swarttouw 1998).

Letting x=costheta allows the Chebyshev polynomials of the second kind to be written as

 U_n(x)=(sin[(n+1)theta])/(sintheta).

(22)

The second linearly dependent solution to the transformed differential equation is then given by

 W_n(x)=(cos[(n+1)theta])/(sintheta),

(23)

which can also be written

 W_n(x)=(1-x^2)^(-1/2)T_(n+1)(x),

(24)

where T_n(x) is a Chebyshev polynomial of the first kind. Note that W_n(x) is therefore not a polynomial.

The triangle of resultants rho(U_n(x),U_k(x)) is given by {0}{-4,0}{0,-64,0}{16,256,4096,0}{0,0,0,1048576,0}, ... (OEIS A054376).



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. "Chebyshev (Tschebyscheff) Polynomials" and "Chebyshev Polynomials--Numerical Applications." §13.3 and 13.4 in Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, pp. 731-748, 1985.

Koekoek, R. and Swarttouw, R. F. "Chebyshev." §1.8.2 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. 41-43, 1998.

Koepf, W. "Efficient Computation of Chebyshev Polynomials." In Computer Algebra Systems: A Practical Guide (Ed. M. J. Wester). New York: Wiley, pp. 79-99, 1999.

Pegg, E. Jr. "ChebyshevU." http://www.mathpuzzle.com/ChebyshevU.html.

Rivlin, T. J. Chebyshev Polynomials. New York: Wiley, 1990.

Sloane, N. J. A. Sequences A053117 and A054376 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

Spanier, J. and Oldham, K. B. "The Chebyshev Polynomials T_n(x) and U_n(x)." Ch. 22 in An Atlas of Functions. Washington, DC: Hemisphere, pp. 193-207, 1987.

Vasilyev, N. and Zelevinsky, A. "A Chebyshev Polyplayground: Recurrence Relations Applied to a Famous Set of Formulas." Quantum 10, 20-26, Sept./Oct. 1999.

Zwillinger, D. (Ed.). CRC Standard Mathematical Tables and Formulae. Boca Raton, FL: CRC Press, 1995.




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.