■直交多項式入門(その6)

【1】チェビシュフ多項式

 ド・モアブルの定理:

  (cosθ+isinθ)^n=cosnθ+isinnθ

の左辺を2項展開して,両辺の実部,虚部を比較すると

  cosnθ=(cosθ)^n−nC2(cosθ)^n-2(sinθ)^2+・・・=(cosθのn次多項式)=Tn(cosθ)

  sinnθ=nC1(cosθ)^n-1sinθ−nC3(cosθ)^n-3(sinθ)^3+・・・=sinθ×(cosθのn−1次多項式)=sinθ×Un(cosθ)

を得る.

 また,

  cosnθ=cosθcos(n−1)−sinθsin(n−1)θ

  sinnθ=sinθcos(n−1)+cosθsin(n−1)θ

より,漸化式

  Tn(cosθ)=cosθTn-1(cosθ)−(sinθ)^2Un-1(cosθ)

  Tn(cosθ)=cosθTn-1(cosθ)+((cosθ)^2−1)Un-1(cosθ)

  Un(cosθ)=Tn-1(cosθ)+cosθUn-1(cosθ)

  Tn(cosθ)=2cosθTn-1(cosθ)−Tn-2(cosθ)

  Un(cosθ)=2cosθUn-1(cosθ)−Un-2(cosθ)

が成り立つ.

 ここで,cosθ=xの多項式で表すと,チェビシュフ多項式は

  Tn(x)=2xTn-1(x)−Tn-2(x)

  Un(x)=2xUn-1(x)−Un-2(x)

となり,前述の漸化式と一致していることがわかる.

−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

 以下,チェビシェフ多項式を示しておく.

T0(x)=1         U0(x)=1        

T1(x)=x         U1(x)=2x        

T2(x)=2x^2−1     U2(x)=4x^2−1    

T3(x)=4x^3−3x    U3(x)=8x^3−4x   

T4(x)=8x^4−8x^2+1 U4(x)=16x^4−12x^2+1

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