チェビシェフ多項式の直交性
チェビシェフ多項式の直交性
(1)
\[ \int_{-1}^{1}T_{m}(x)T_{n}(x)\frac{dx}{\sqrt{1-x^{2}}}=\frac{\pi}{2}\left(\delta_{mn}+\delta_{0m}\delta_{0n}\right) \](2)
\[ \int_{-1}^{1}U_{m}(x)U_{n}(x)\sqrt{1-x^{2}}dx=\frac{\pi}{2}\delta_{mn} \](1)
\begin{align*} \int_{-1}^{1}T_{m}(x)T_{n}(x)\frac{dx}{\sqrt{1-x^{2}}} & =\int_{\pi}^{0}T_{m}(\cos t)T_{n}(\cos t)\frac{-\sin tdt}{\sin t}\qquad,\qquad x=\cos t\\ & =\int_{0}^{\pi}\cos\left(mt\right)\cos\left(nt\right)dt\\ & =\frac{1}{2}\int_{0}^{\pi}\left\{ \cos\left((m+n)t\right)+\cos\left((m-n)t\right)\right\} dt\\ & =\frac{1}{2}\left(\pi\delta_{0m}\delta_{0n}+\pi\delta_{mn}\right)\\ & =\frac{\pi}{2}\left(\delta_{0m}\delta_{0n}+\delta_{mn}\right) \end{align*}(2)
\begin{align*} \int_{-1}^{1}U_{m}(x)U_{n}(x)\sqrt{1-x^{2}}dx & =-\int_{\pi}^{0}U_{m}(\cos t)U_{n}(\cos t)\sin t\sin tdt\\ & =\int_{0}^{\pi}\sin\left((m+1)t\right)\sin\left((n+1)t\right)dt\\ & =-\frac{1}{2}\int_{0}^{\pi}\left\{ \cos\left((m+n+2)t\right)-\cos\left((m-n)t\right)\right\} dt\\ & =\frac{1}{2}\int_{0}^{\pi}\cos\left((m-n)t\right)dt\\ & =\frac{\pi}{2}\delta_{mn} \end{align*}ページ情報
タイトル | チェビシェフ多項式の直交性 |
URL | https://www.nomuramath.com/s03x0dst/ |
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第1種チェビシェフ多項式と第2種チェビシェフ多項式の関係
\[
nU_{n-1}(x)=T_{n}'(x)
\]
第3種・第4種チェビシェフ多項式の直交性
\[
\int_{-1}^{1}V_{m}(x)V_{n}(x)\sqrt{\frac{1+x}{1-x}}dx=\pi\delta_{mn}
\]
(*)チェビシェフ多項式のロドリゲス公式
\[
T_{n}(x)=\frac{(-1)^{n}\sqrt{\pi}\sqrt{1-x^{2}}}{2^{n}\Gamma\left(n+\frac{1}{2}\right)}\frac{d^{n}}{dx^{n}}\left(1-x^{2}\right)^{n-\frac{1}{2}}
\]
チェビシェフ多項式の奇遇性
\[
T_{n}(-x)=(-1)^{n}T_{n}(x)
\]