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勒让德(legendre)多项式及其性质

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数学物理课件 第 1 页 共 6 页 勒让德(legendre)多项式及其性质 一. 勒让德多项式 勒让德多项式是由勒让德方程的通解推导出来的,所以我们首先引入勒让德方程,以及勒让德方程的幂级数解,勒让德方程的表达式如下: 2'''(1)2(1)0xyxyn ny 其中n 为非负实数 (1.1) 它的幂级数解如下: 12yyy (1.2) 其中: 2241200(1)(2)(1)(3)[1]2!4!kkkn nn nnnya xaxx (1.3) 213522110(1)(2)(1)(3)(2)(4)[]3!5!kkknnnnnnyaxa xxx (1.4) 由达朗贝尔判别法可知,当0n 不为整数时,这两个级数的收敛半径为1,在(1.3)式和(1.4)式中,0a 与1a 可以任意取值,它们起着任意常数的作用,显然,在区间(-1,1)内1y 和2y 都是方程(1.1 )的解,所以(1.2 )是(1.1 )的通解。 上面(1.3)和(1.4)幂级数当| | 1x 时级数收敛,此外级数是发散的。并且,我们发现,当n 取非负整数时,1y 和2y 中有一个便退化为n 次多项式,它就是方程(1.1)在闭区间[-1,1]上的有界解。此时,适当的选定这个多项式的最高次幂系数na ,所得的多项式称为n 阶勒让德多项式或第一类勒让德函数,记作 nPx ,下面我们来推导勒让德多项式 nP x 的表达式。 ① 当n 为正偶数时 1y 退化为n 次多项式。为求得 nP x 的表达式,在1y 中我们通过na 来表示其它各项的系数。为此,将系数递推关系式改写成下列形式: 2(2)(1)()(1)kkkkaakn kn  (1.5 ) 在(1.5 )式中取2kn,得: 数学物理课件 第 2 页 共 6 页 2(1 )2 (21 )nnn naan  (1.6 ) 习惯上取na 为 2(2 )2 ( !)nnnan (1 .7 ) 于是有: 2(1 )2 (21 )(22 )!2 (21 )2(1 )! (1 )(2 !)nnn nnnnann nn nn  (22 )!2 (1 )!(2 )!nnnn  (1 .8 ) 在(1 .5 )式中取4kn,并利用2na 之值得: 42(2 )(3 )4 (23 )nnnnaan  2 (2 )(3 )(22 )!( 1 )4 (23 )2 (1 )!(2 )!nnnnnnn  2(24 )!( 1 ) 2 (2 !)(2 )!(4 )!nnnn  (1 .9 ) 一般地,我们有  222!12!()!(2)!mnmnnmam nmnm  (0 ,1 ,, 2nm ) (1 .1 0) 我...

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