透過 MCP 連接 →

輸入計算

n = 0, 1, 2, ...; orthogonality on -1 ≤ x ≤ 1 (defined for all real x). λ > -1/2 for standard orthogonality; λ = 0 is the degenerate case.

數學公式

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結果

C3λ(x) at x = -1  (λ = 2)
-20
Generated 101 rows of (x, Cnλ(x))
x C3λ(x)
-1 -20
-0.98 -18.358144
-0.96 -16.791552
-0.94 -15.298688
-0.92 -13.878016
-0.9 -12.528
-0.88 -11.247104
-0.86 -10.033792
-0.84 -8.886528
-0.82 -7.803776
-0.8 -6.784
-0.78 -5.825664
-0.76 -4.927232
-0.74 -4.087168
-0.72 -3.303936
-0.7 -2.576
-0.68 -1.901824
-0.66 -1.279872
-0.64 -0.708608
-0.62 -0.186496
-0.6 0.288
-0.58 0.716416
-0.56 1.100288
-0.54 1.441152
-0.52 1.740544
-0.5 2
-0.48 2.221056
-0.46 2.405248
-0.44 2.554112
-0.42 2.669184
-0.4 2.752
-0.38 2.804096
-0.36 2.827008
-0.34 2.822272
-0.32 2.791424
-0.3 2.736
-0.28 2.657536
-0.26 2.557568
-0.24 2.437632
-0.22 2.299264
-0.2 2.144
-0.18 1.973376
-0.16 1.788928
-0.14 1.592192
-0.12 1.384704
-0.1 1.168
-0.08 0.943616
-0.06 0.713088
-0.04 0.477952
-0.02 0.239744
0 -0
0.02 -0.239744
0.04 -0.477952
0.06 -0.713088
0.08 -0.943616
0.1 -1.168
0.12 -1.384704
0.14 -1.592192
0.16 -1.788928
0.18 -1.973376
0.2 -2.144
0.22 -2.299264
0.24 -2.437632
0.26 -2.557568
0.28 -2.657536
0.3 -2.736
0.32 -2.791424
0.34 -2.822272
0.36 -2.827008
0.38 -2.804096
0.4 -2.752
0.42 -2.669184
0.44 -2.554112
0.46 -2.405248
0.48 -2.221056
0.5 -2
0.52 -1.740544
0.54 -1.441152
0.56 -1.100288
0.58 -0.716416
0.6 -0.288
0.62 0.186496
0.64 0.708608
0.66 1.279872
0.68 1.901824
0.7 2.576
0.72 3.303936
0.74 4.087168
0.76 4.927232
0.78 5.825664
0.8 6.784
0.82 7.803776
0.84 8.886528
0.86 10.033792
0.88 11.247104
0.9 12.528
0.92 13.878016
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什麼是蓋根包爾(超球)多項式?

蓋根包爾多項式又稱超球多項式,是一族正交多項式 \(C_{n}^{\lambda}(x)\),可同時涵蓋勒讓德(Legendre)與切比雪夫(Chebyshev)多項式,視為兩者的推廣。它們在區間 [-1, 1] 上以權函數 \((1 - x^{2})^{\lambda-1/2}\) 滿足正交性。本計算器可一次對多個 x 值求出 \(C_{n}^{\lambda}(x)\),建立一份 (x, 數值) 對應表,並繪製折線圖,方便你觀察多項式的形狀、根的分布與振盪情形。

在從負一到一區間上若干蓋根鮑爾多項式曲線的折線圖
在區間 [-1, 1] 上繪製的若干次數 n 的蓋根鮑爾多項式 C_n^lambda(x)。

使用方法

輸入次數 n(非負整數)、參數 λ(實數;標準正交性需 λ > -1/2)、x 的起始值增量(相鄰 x 值之間的間距),以及重複次數(要產生幾列資料)。計算器會依 $$x_i = \text{起始值} + i\cdot\text{增量}, \quad i = 0,\dots,\text{count}-1$$ 逐步遞增 x,並在每一點求出多項式的值。預設值(n=3、λ=2、x 由 -1 開始、間距 0.02、共 101 列)正好掃過 -1 到 +1 的完整正交區間。

公式說明

計算器不採用伽瑪函數/超幾何形式,而是使用數值上更穩定的三項遞迴關係: $$\left\{ \begin{aligned} C_{0}^{\lambda}(x) &= 1 \\ C_{1}^{\lambda}(x) &= 2\lambda x \\ k\,C_{k}^{\lambda}(x) &= 2x(k+\lambda-1)\,C_{k-1}^{\lambda}(x) - (k+2\lambda-2)\,C_{k-2}^{\lambda}(x) \end{aligned} \right.$$ (對 k = 2..n)。兩個特例:當 \(\lambda = 1/2\) 時得到勒讓德多項式 \(P_{n}\);當 \(\lambda = 1\) 時得到第二類切比雪夫多項式 \(U_{n}\)。

連接三個連續多項式項的三項遞迴關係圖
此遞迴關係由前兩項 C_{k-1} 和 C_{k-2} 構造出每一項 C_k。

實際範例

取 n=3、λ=2,由遞迴關係可得 \(C_{3}^{2}(x) = 32x^{3} - 12x\)。當 x = -1 時,值為 $$32(-1) - 12(-1) = -32 + 12 = -20$$ 這正是表格的第一列;當 x = 0 時值為 0;當 x = 0.5 時為 \(32(0.125) - 6 = -2\);當 x = 1 時為 \(32 - 12 = 20\)。

常見問題

這個多項式在 [-1, 1] 之外有定義嗎?有的。多項式對所有實數 x 都有定義;區間 [-1, 1] 只是正交性(以及預設圖形視窗)所在的範圍。在此區間之外,當 n 較大時數值會迅速增長。

當 λ = 0 時會發生什麼?這是超球多項式的退化情形:遞迴關係會崩解,因此計算器回傳 \(C_{0} = 1\),並對 n ≥ 1 回傳 \(C_{n} = 0\)。其有意義的極限可透過第一類切比雪夫多項式表示: $$\lim_{\lambda\to 0} \frac{C_{n}^{\lambda}(x)}{\lambda} = \frac{2}{n}\,T_{n}(x)$$ 。

最多可以產生幾列?任意 ≥ 1 的數量皆可;為維持流暢度,工具會對過大的請求設上限。增量可以為 0(所有列共用同一個 x),但一般會設為正值。

最後更新: