Jacobi-polynoom

Een jacobi-polynoom is een door Carl Jacobi bedachte polynoom die een uitbreiding betekent van de legendre-polynoom.

Definitie

De jacobi-polynomen zijn gedefinieerd door:

$P_{n}^{(\alpha ,\beta )}(z)={\frac {\Gamma (\alpha +n+1)}{n!\,\Gamma (\alpha +\beta +n+1)}}\sum _{m=0}^{n}{n \choose m}{\frac {\Gamma (\alpha +\beta +n+m+1)}{\Gamma (\alpha +m+1)}}\left({\frac {z-1}{2}}\right)^{m}$

of in termen van de hypergeometrische functie $_{2}F_{1}$

${\displaystyle P_{n}^{(\alpha ,\beta )}(z)={n+\alpha \choose n}\,_{2}F_{1}\left(-n,1+n+\alpha +\beta$ ;\alpha +1;{\frac {1-z}{2}}\right)}

Eigenschappen

De waarde voor $z=1$ is

$P_{n}^{(\alpha ,\beta )}(1)={n+\alpha \choose n}$

Zij hebben de symmetrierelatie

$P_{n}^{(\alpha ,\beta )}(-z)=(-1)^{n}P_{n}^{(\beta ,\alpha )}(z)$

waaruit de waarde voor $z=-1$ wordt verkregen:

$P_{n}^{(\alpha ,\beta )}(-1)=(-1)^{n}{n+\beta \choose n}$

Zij vormen een orthogonaal stelsel op het interval $[-1,1]$ met betrekking tot de gewichtsfunctie:

$w(x)=(1-x)^{\alpha }(1+x)^{\beta }$

Dit betekent, dat

$\int _{-1}^{1}w(x)P_{m}^{(\alpha ,\beta )}(x)P_{n}^{(\alpha ,\beta )}(x)\,\mathrm {d} x={\frac {2^{\alpha +\beta +1}}{2n+\alpha +\beta +1}}{\frac {\Gamma (n+\alpha +1)\Gamma (n+\beta +1)}{\Gamma (n+\alpha +\beta +1)n!}}\delta _{nm}$

Waarbij $\delta$ de kroneckerdelta voorstelt, dus de elementen van de eenheidsmatrix.

We zien dus dat een legendre-polynoom $P_{n}(x)$ een bijzonder geval is van de jacobi-polynoom:

$P_{n}(x)=P_{n}^{(0,0)}(x)$