通过MCP连接 →

输入计算

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.

数学公式

广告

结果

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
0.94 15.298688
0.96 16.791552
0.98 18.358144
1 20

什么是盖根鲍尔(超球)多项式?

盖根鲍尔多项式又称超球多项式,是一族正交多项式 \(C_n^{\lambda}(x)\),它同时推广了勒让德多项式和切比雪夫多项式。它们在区间 [-1, 1] 上、以权函数 \((1 - x^2)^{\lambda-1/2}\) 满足正交性。本计算器可一次性在多个 x 取值处求出 \(C_n^{\lambda}(x)\),生成一份 (x, 函数值) 的数据表和一条折线图,方便你研究该多项式的形态、零点和振荡规律。

在从负一到一区间上若干盖根鲍尔多项式曲线的折线图
在区间 [-1, 1] 上绘制的若干次数 n 的盖根鲍尔多项式 C_n^lambda(x)。

使用方法

依次填入次数 n(非负整数)、参数 λ(实数;要满足标准正交性需 λ > -1/2)、x 的起始值步长(相邻两个 x 之间的间隔)以及计算次数(即生成多少行)。计算器会按 $$x_i = \text{起始值} + i\cdot\text{步长}, \quad i = 0,\dots,\text{次数}-1$$ 逐点迭代,并在每个点上求值。默认设置(n=3,λ=2,x 从 -1 开始,步长 0.02,共 101 行)正好覆盖从 -1 到 +1 的完整正交区间。

公式说明

计算器没有采用伽马函数/超几何函数的写法,而是使用数值上更稳定的三项递推公式:\(C_0^{\lambda}(x) = 1\),\(C_1^{\lambda}(x) = 2\lambda x\),当 \(k = 2..n\) 时,$$C_k = \frac{2x(k+\lambda-1)C_{k-1} - (k+2\lambda-2)C_{k-2}}{k}.$$ 两个特例:\(\lambda = 1/2\) 时得到勒让德多项式 \(P_n\),\(\lambda = 1\) 时得到第二类切比雪夫多项式 \(U_n\)。

连接三个连续多项式项的三项递推关系图
该递推关系由前两项 C_{k-1} 和 C_{k-2} 构造出每一项 C_k。

实例演算

取 n=3、λ=2,由递推公式可得 $$C_3^{2}(x) = 32x^3 - 12x.$$ 当 \(x = -1\) 时,结果为 \(32(-1) - 12(-1) = -32 + 12 = -20\),这正是表格的第一行;当 \(x = 0\) 时函数值为 0;当 \(x = 0.5\) 时为 \(32(0.125) - 6 = -2\);当 \(x = 1\) 时为 \(32 - 12 = 20\)。

常见问题

该多项式在 [-1, 1] 之外有定义吗?有。该多项式对所有实数 x 都有定义;区间 [-1, 1] 只是其正交性(以及默认绘图窗口)所在的范围。在该区间之外,当 n 较大时函数值会迅速增大。

当 λ = 0 时会怎样?这是超球多项式的退化情形:此时递推公式失效,因此计算器返回 \(C_0 = 1\),而当 \(n \ge 1\) 时 \(C_n = 0\)。有意义的极限通过第一类切比雪夫多项式给出:$$\lim_{\lambda\to 0} \frac{C_n^{\lambda}(x)}{\lambda} = \frac{2}{n} T_n(x).$$

最多能生成多少行?可以填入任意 \(\ge 1\) 的次数;为保证响应速度,工具会对过大的请求进行限制。步长可以为 0(此时各行的 x 相同),但通常应取正值。

最后更新: