Ermiteovi polinomi predstavljaju ortogonalni niz polinoma. Imenovani su prema Šarlu Ermitu, koji ih je izučavao 1864. godine. Polinomi su od značaja u teoriji verovatnosti, kombinatorici i numeričkoj analizi. U fizici Hermiteovi polinomi predstavljaju svojstvena stanja kvantnoga harmoničkoga oscilatora.
Sadržaj
1Definicija
2Ortogonalnost
3Rekurzivne relacije
4Generirajuće funkcije
5Eksplicitni izraz
6Ermiteova diferencijalna jednačina
7Ermiteova funkcija
8Literatura
Definicija
Postoje dva standardna načina normalizacije Ermiteovih polinoma:
("probabilistički' Ermiteovi polinomi"), i
("fizikalni' Ermiteovi polinomi"). Te dve definicije nisu potpuno ekvivalentne, pa postoji transformacija između dve definicije:
Prvih jedanaest polinoma je:
Prvih nekoliko fizikalnih Ermiteovih polinoma:
Ermiteov polinom može da se predstavi i matricom:
Ortogonalnost
Hn(x) i Hen(x) predstavljaju polinome ntoga-stepena za n = 0, 1, 2, 3, .... Ti polinomi su ortogobnalni u odnosu na težinsku funkciju (meru)
(He)
ili
(H)
tj. mi immo:
kada je m ≠ n. Dalje,
(probabilistički)
ili
(fizikalna).
Probabilistički polinomi su dakle ortogonalni u odnosu na standardnu normalnu funkciju gustine verovatnoće.
Rekurzivne relacije
Ermiteovi polinomi takođe zadovoljavaju sledeće rekurzije:
(probabilistička)
(fizikalna)
Ermiteovi polinomi predstavljaju Apelov niz, tj. oni zadovoljavaju sledeće jednačine
(probabilistička)
(fizikalna)
ili ekvivalentno,
(probabilistička)
(fizikalna)
Ermiteovi polinomi zadovoljavaju takođe sledeće rekurentne relacije:
(probabilistička)
(fizikalna)
Te poslednje relacije često se koriste da bi se pomoću početnih polinoma izračunali ostali.
Generirajuće funkcije
Ermiteovi polinomi mogu da se predstave i eksponencijalnom generirajućom funkcijom:
(probabilistička)
(fizikalna).
Eksplicitni izraz
Fizikalni Ermiteovi polinomi mogu da se napišu eksplicitno kao:
za parne n i
za neparne n. Te dve jednačine mogu da se kombiniraju u jednu:
Ermiteova diferencijalna jednačina
Probabilistički Ermiteovi polinomi predstavljaju rešenje diferencijalne jednačine:
gde je λ konstanta, sa graničnim uslovom da u treba da bude polinom ograničen u beskonačnosti. Rešenje jednačine sa graničnim uslovom je u(x) = Hλ(x). Diferencijalna jednačina može i da se napiše u obliku:
Takva jednačina naziva se Ermiteova jednačina, iako se taj naziv koristi i za blisko povezanu jednačinu:
čija rešenja su fiziklani Ermiteovi polinomi.
Ermiteova funkcija
Ermiteove funkcije mogu da se definišu pomoću fizikalnih polinoma::
Pošto te funkcije sadrže kvadratni koren funkcije težine one su ortonormalne:
Ermiteove funkcije zadovoljavaju diferencijalnu jednačinu:
Ta jednačina ekvivalentna je Šredingerovoj jednačini za harmonijski oscilator u kvantnoj mehanici, tako da su te funkcije svojstvene funkcije.
Ermiteove funkcije zadovoljavaju sledeće rekurzione relacije:
kao i
Literatura
Abramowitz, Milton; Stegun, Irene A., eds. (1965), Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, New York: Dover, ISBN 978-0-486-61272-0