Laguerre veeltermen orthogonaal

Moderators: dirkwb, Xilvo

Reageer
Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Laguerre veeltermen orthogonaal

We definiëren Laguerre veeltermen in mijn cursus adhv Rodriguesformule:
\(x^{\alpha} e^{-x} L_{n}^{\alpha}(x) = \frac{1}{n!} \frac{d^n}{dx^n}(x^{n + \alpha} e^{-x}).\)
Vervolgens bewijzen we de orthogonaliteit van deze veeltermen. Hiervoor berekenen we eerst:
\(\int_{0}^{\infty} x^m x^{\alpha} e^{-x} L_{n}^{\alpha}(x) dx.\)
Blijkbaar zouden we hiervoor via partieel integreren moeten vinden dat
\(\int_{0}^{\infty} x^m x^{\alpha} e^{-x} L_{n}^{\alpha}(x) dx = \begin{cases}0, & m < n \\ (-1)^n \Gamma(n + \alpha + 1), & m = n\end{cases}.\)
Dit zie ik al niet. Maar als we dat aannemen, dan zou daaruit moeten volgen dat
\(\int_{0}^{\infty} x^{\alpha} e^{-x} L_{n}^{\alpha}(x) L_{m}^{\alpha}(x) dx = \frac{\Gamma(n + \alpha + 1)}{n!} \delta_{m, n},\)
met
\(\delta_{m, n}\)
de Kronecker-delta functie. Dit zie ik ook niet ;) . Mogelijk mis ik iets eenvoudigs, maar hopelijk kan iemand mij op weg helpen :P .

>>>> EDIT:
\(\Gamma(z) = \int_{0}^{\infty}x^{z-1} e^{-x} dx.\)
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: Laguerre veeltermen orthogonaal

Ik ben er ondertussen uit geraakt. Voor de geïnteresseerden, geef ik hier een beknopte weg naar een oplossing.

Eerst heb ik met de formule van Leibniz aangetoond dat
\(L_{n}^{\alpha}(x) = \sum_{k=0}^{n}{n + \alpha \choose n - k} \frac{(-x)^k}{k!}\)
(1).
Dit heb ik nodig om de orthogonaliteit aan te tonen.

We willen dus
\(\int_{0}^{\infty} x^m x^{\alpha} e^{-x} L_{n}^{\alpha}(x) dx = \int_{0}^{\infty} x^m \frac{d^n}{dx^n}(x^{n+\alpha}e^{-x}) dx\)
berekenen. Via één keer partiële integratie, kunnen we dit herleiden tot
\( - \int_{0}^{\infty} m x^{m-1} \frac{d^{n-1}}{dx^{n-1}}(x^{n+\alpha}e^{-x}) dx.\)
Dus door m keer partiële integratie, bekomen we zo:
\( (-1)^m \int_{0}^{\infty} m! x^{m-m} \frac{d^{n-m}}{dx^{n-m}}(x^{n+\alpha}e^{-x}) dx.\)
. Hier zijn we vrij rap dat als m<n, dat dan deze integraal 0 moet zijn. Evenzo, wegens de definitie van de Gamma-functie volgt het resultaat voor m=n.

Dan nu
\(\int_{0}^{\infty} x^{\alpha} e^{-x} L_{n}^{\alpha}(x) L_{m}^{\alpha}(x) dx\)
. Met behulp van (1), wordt dit
\(\sum_{k=0}^{m} {n + \alpha \choose n - k} \frac{(-1)^k}{k!} \int_{0}^{\infty} x^k x^{\alpha} e^{-x} L_{n}^{\alpha}(x) dx\)
. Uit het vorige resultaat halen we hier meteen dat alle bijdragen 0 zijn, buiten deze waar k=m=n. Dit geeft het resultaat.
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Reageer