拉蓋爾多項式

拉蓋爾多項式

在數學中,以法國數學家埃德蒙·拉蓋爾(英語:Edmond Laguerre)命名的拉蓋爾多項式定義為拉蓋爾方程的標準解。拉蓋爾多項式,是一列常見的定義於非負實數集上的正交多項式,是伴隨於Gamma分布密度函式的正交多項式,在量子力學,統計學等方面有重要套用。

定義

在數學中,拉蓋爾多項式定義為拉蓋爾方程的標準解。下列為拉蓋爾方程:

拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式
拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式
拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式

此方程只有當n為非負時才有非平凡解。 是拉蓋爾方程的正則奇點。在 及其鄰域上為有限的級數解是

拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式

級數的收斂半徑為無限大。

拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式
拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式

如n為整數,解y(x)退化為n次多項式。用適當的常數乘這些多項式,使最高次冪項成為 就叫作拉蓋爾多項式,記作 ,

拉蓋爾多項式由羅德里格公式推導出公式 ,如下:

拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式

它可以用遞推關係表達,如下:

拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式
拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式
拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式

拉蓋爾多項式的遞推關係也可以表現為 :

拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式
拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式

此多項式是區間 上函式全體按照如下定義內積時的標準正交多項式:

拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式

廣義

定義

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拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式
拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式

稱在 上伴隨核函式 的標準正交多項式為廣義拉蓋爾多項式,記為 。廣義拉蓋爾多項式也可以由如下的羅德里格公式給出:

拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式
拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式

當 時,廣義拉蓋爾多項式退化為標準拉蓋爾多項式。

廣義拉蓋爾多項式有如下解析表達式:

拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式

廣義拉蓋爾多項式有如下遞推關係 :

拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式
拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式

性質

拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式

正交性:

平方積分:

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相關恆等式

關於一般拉蓋爾多項式和拉蓋爾多項式,可以得到以下兩個恆等式 :

拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式
拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式
拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式
拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式

定理1:設 是一般拉蓋爾多項式,那么, 及 ,當 時,有恆等式

拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式
拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式

其中, 。

拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式
拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式
拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式

定理2:設 是拉蓋爾多項式,那么, 及 ,有恆等式

拉蓋爾多項式 拉蓋爾多項式

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