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文檔簡介
近的重要工具.正交多項式是函數(shù)(
x)
f
(
x)g(
x)dx
0數(shù)且滿足(
f
(
x),g(
x))
ba則稱f
(x)與g(x)在a,b上帶權(quán)(x)正交.)}
axb
上帶是權(quán)(,)x 正交函數(shù)系;則稱{(滿足關系k
k0,jk0,
jAkaj,k若函數(shù)族0
()(,1b(),n
(
定義3.2若Ak
1,則稱之為標準正交函數(shù)系.一、正交多項式的基本概念若f
(x),g(x)
C
0
a,b,(x)為a,b上的權(quán)函,m
n0,
m
n,sin
mx
sin
nxdx
,m
n0,
m
n,cos
mx
cos
nxdx
正交多項式的基本概念(2)任意兩個相同函數(shù)在[
,
]上的積分等于
.(1,1)
2
,
(sin
kx,
sin
kx)
(cos
kx,
cos
kx)
,而對k,
j
1,2,...,當k
j時,
有(cos
kx,
sin
kx)
(1,
cos
kx)
(1,
sin
kx)
0(cos
kx,
cos
jx
)
(sin
kx,
sin
jx
)
(cos
kx,
sin
jx
)
0區(qū)間[a,b]上關于權(quán)函數(shù)的正交函數(shù)系必定線性無關。證明設權(quán)函數(shù)為(x),正交函數(shù)系為{:0
,1
,...n
}
c11
...
cnn
0即存在不全為零的實數(shù)c0
,c1
,...cn使得假設{0
,1
,...n
}線性相關(反證法)c00不妨設ci
0,則有:c(0
0,i
)
c(1
1,i
)
...
c(n
而(i,i
)
0,只有ci
0(i,i
)
0證畢定理6.2二、正交函數(shù)系的性質(zhì)證明:dx
0k k
1(
x)
Qbak{
(x)}正交{k
(x)}正交{k
(x)}線性無關組k
1j
0k
1Q
(
x)
j
jb
(
x)線性組合()xQk
1()(()jj
0kbakk
1dx
ba()dx=0=bbajk
1j
0正交函數(shù)系的性質(zhì)設k
(x)是k次多項式,(x)為權(quán)函數(shù),Q
dx
k
1,(2,.0..)k
k
1ak
k
1(
x)(
,
Q
)
則{k
(x)}在[a,b]上正交的充要條件是:對任意的k,b定理6.3其中Qk
1
(x)為任意至多k
1次多項式正交函數(shù)系的性質(zhì)正交多項式系的性質(zhì):{0
,1
,...n
}線性無關對Pn
(x)
Hn均可表為0
,...n的線性組合
k
kj0,
kj0,kjbakj
,
(3)()()(())只要給定區(qū)間a,b及權(quán)函數(shù)(x),均可由一族線性無關的冪函數(shù){1,x,..xn
...},利用逐個正交化手續(xù)構(gòu)造出正交多項式序列{
(
x)}
:n
0(n
1,2
,.......)0
n
x
(1(x,))
)j
0jj
x
(()三、正交多項式系的構(gòu)造2x
3
x
5
5
(
4
(
6
4
3
由{1,x,..xn
...}[0,1]正交多項請
寫出8
(
x)
~
10
(
x)正交多項式系的構(gòu)造(
x)
x2111
11
231
x5
105143
143
5
x
295
(7746
(3由{1,x,..xn
...},[1,1]正交多項請
寫出8
(
x)
~
10
(
x)正交多項式系的構(gòu)造定理:按以下方式定義的多項式集合{0
,1
,n
}是區(qū)間[a,b]上關于權(quán)函數(shù)(x)
0(,(x)不恒為零的正交函數(shù)族。(()((2)n),0
(11(,))
1k
其中或按下述定理求正交多項式系的構(gòu)造1.勒讓德多項式及其結(jié)構(gòu)特點權(quán)函數(shù)(x)
1由{1,x,...xn
,...}正交化得到的多項式區(qū)間為[1,1]符號:P0
(x),P1
(x),...Pn
(x),...(n
1,2,...)P0
(
x)
112
nd
n一般表達式:
Pn
(
x)
2n
n!
dxn
{(
x
1)
},四、勒讓德(Legendre)正交多項式的勒讓德多項式為.顯然最高項系數(shù)為12n
(n!)2(2n)!n于是得首項xn的系數(shù)a
(2n)!
dxn[(
x2
1)n
]n!~d
nnP
(
x)
勒讓德正交多項式,m
n
2n
1Pn
(
x)Pm
(
x)dx
1勒讓德正交多項式2.勒讓德多項式的重要性質(zhì):性質(zhì)1
正交性20,m
n;1性質(zhì)2
奇偶性奇函數(shù),偶函數(shù),Pn(
x)n為偶數(shù)時n為奇數(shù)時性質(zhì)3
遞推關系PP
(
x)n
1n1nnn1n
1(
x)
2n
1
P
(
x)
P1
(
x)
x勒讓德正交多項式3.勒讓德多項式集的前10位:P0
(
x)
123
x
2
1P2
(
x)
33
4()(
30
P
,45P
(
x)
(63x
5
70x
3
15
,
105
x
2
5)
16
,46P
(請
寫出8
(
x)
~
10
(
x)
315
x
3
35)
16,57P
(,區(qū)間為[1,1]時當權(quán)函數(shù)(x)1
x21的正交多項式由序列2就是切比
v
項式,)它(
可表示為Tn
(
x)
cos(n
arccos
x),
x
1.若令x
cTn
(
x)
cos
n
0
..五、切比(Chebyshev)正交多項式.切1
比項及其結(jié)構(gòu)特點1權(quán)函數(shù)(x)1
x2由{1,x,...xn
,...}正交化得到的多項式區(qū)間為[1,1]符號
(:
),
10
n
xT),x...一般表達式:Tn
(x)
cos(narccos
x),x
1.切比正交多項式.切3
比T0
(
x)
1切比多項式集的前10位:請
寫出8
(
x)
~
10
(
x),2T3
(T,201634)(55
1
1120
432
12810T
(79T
(x
28T
(5
18
x
2
1,
56
x
3
7
x7T
(46T
(T
(
x)
2x2
1,T
(
x)
x1正交多項式dxnn(
xn
e
x
)x
,
L
(
x)
ex
[0,),
(
x)
e遞推關系:L
(
x)
(2n
1
x)L
(
x)
n2
L
(
x)n1
n
n1(n
1,2,)x
(n
1,2,)L0
(
x)
1,
L1
(
x)
x
1,
L2
(
2,k
0
k
k!nk
n
n!,
Ln
(
x)
(1)
k六、拉
(Laguerre)正交多項式d
n數(shù)據(jù)擬合時正交多項式的使用:定義:滿足下列條件的函數(shù)族(
),
10( ),
m
(稱為以的正交函數(shù)族.為權(quán)關于點集21
,kj
)(kx(0,(0,)1,)
mkj(,)kk(,)n
ikii
1
02拉蓋兒正交多項式組的系數(shù)矩陣一定是對角陣,不會出現(xiàn)
。此時正則方程組的解為:n(k
0,1,,
m)ni
1
i
1
2
(
x
)i
k
iiyik
(
xi
)拉蓋兒正交多項式按上述方法求出正交多項式函數(shù)族后,以此正交函數(shù)族為基函數(shù)做最小二乘擬合多項式,其正則方程ka
kk
,k
y,
最小二乘函數(shù)為:m
(
x)
akk
(
x)k
0函數(shù) 近的基本概念函數(shù)
近的基本概念函數(shù)
近簡單函數(shù)p(x)
復雜函數(shù)要求:f
(
x)f
(x)
p(x)
盡可能?。ㄗ銐虻男。㎞Hn
{Pn
(
x),,}C[a,]b
{[a,]b
區(qū)間上的連續(xù)函數(shù),,數(shù)乘}C
p
[a,b]{[a,b]區(qū)間上具有p階連續(xù)導數(shù)的函數(shù),數(shù)乘}函數(shù)
近的基本概念函數(shù)
近的基本概念范數(shù)與賦范空間設S為線性空間,
為S
上的范數(shù)則{S,
}稱為賦范線性空間。內(nèi)積與內(nèi)積空間N維數(shù)量空間內(nèi)積(
x,
y)
x1
y1
x2
y2
...
xn
yn(
x,
y)
x1
y1
x2
y2
x3
y3(3),((),(),,),,
K
時,(0u,u)0u=
(2),(u(u),v)v
u(4v)(,0,)
當且僅當則稱(u,v)為X上的內(nèi)積函數(shù)
近的基本概念推而廣之設X是數(shù)域K(R或C)上的線性空間,對u,v
X
,
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