1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

الرياضيات : نظرية الاعداد :

Lebesgue Constants

المؤلف:  Finch, S. R.

المصدر:  "Lebesgue Constants." §4.2 in Mathematical Constants. Cambridge, England: Cambridge University Press

الجزء والصفحة:  ...

2-3-2020

983

Lebesgue Constants

There are two sets of constants that are commonly known as Lebesgue constants. The first is related to approximation of function via Fourier series, which the other arises in the computation of Lagrange interpolating polynomials.

Assume a function f is integrable over the interval [-pi,pi] and S_n(f,x) is the nth partial sum of the Fourier series of f, so that

a_k = 1/piint_(-pi)^pif(t)cos(kt)dt

(1)

b_k = 1/piint_(-pi)^pif(t)sin(kt)dt

(2)

and

 S_n(f,x)=1/2a_0+<span style={sum_(k=1)^n[a_kcos(kx)+b_ksin(kx)]}. " src="http://mathworld.wolfram.com/images/equations/LebesgueConstants/NumberedEquation1.gif" style="height:45px; width:294px" />

(3)

If

 |f(x)|<=1

(4)

for all x, then

 S_n(f,x)<=1/piint_0^pi(|sin[1/2(2n+1)theta]|)/(sin(1/2theta))dtheta=L_n,

(5)

and L_n is the smallest possible constant for which this holds for all continuous f. The first few values of L_n are

L_0 = 1

(6)

L_1 = 1/3+(2sqrt(3))/pi

(7)

= 1.435991124...

(8)

L_2 = 1/5+(sqrt(25-2sqrt(5)))/pi=1.642188435...

(9)

L_3 = 1/7+1/(3pi)[22sin(pi/7)-2cos(pi/(14))+10cos((3pi)/(14))]

(10)

= 1.778322861....

(11)

L_4 = (13)/(2sqrt(3)pi)+1/9+1/pi[7sin((2pi)/9)-5sin(pi/9)-cos(pi/(18))]

(12)

= 1.880080599....

(13)

Some sum formulas for L_n include

L_n = 1/(2n+1)+2/pisum_(k=1)^(n)1/ktan((pik)/(2n+1))

(14)

= (16)/(pi^2)sum_(k=1)^(infty)sum_(j=1)^((2n+1)k)1/(4k^2-1)1/(2j-1)

(15)

(Zygmund 1959) and integral formulas include

L_n = 4int_0^infty(tanh[(2n+1)x])/(tanhx)(dx)/(pi^2+4x^2)

(16)

= 4/(pi^2)int_0^infty(sinh[(2n+1)x])/(sinhx)ln<span style={coth[1/2(2n+1)x]}dx" src="http://mathworld.wolfram.com/images/equations/LebesgueConstants/Inline52.gif" style="height:38px; width:295px" />

(17)

(Hardy 1942). For large n,

 4/(pi^2)lnn<L_n<3+4/(pi^2)lnn.

(18)

This result can be generalized for an r-differentiable function satisfying

 |(d^rf)/(dx^r)|<=1

(19)

for all x. In this case,

 |f(x)-S_n(f,x)|<=L_(n,r)=4/(pi^2)(lnn)/(n^r)+O(1/(n^r)),

(20)

where

 L_(n,r)=<span style={1/piint_(-pi)^pi|sum_(k=n+1)^(infty)(sin(kx))/(k^r)|dx for r>=1 odd; 1/piint_(-pi)^pi|sum_(k=n+1)^(infty)(cos(kx))/(k^r)|dx for r>=1 even " src="http://mathworld.wolfram.com/images/equations/LebesgueConstants/NumberedEquation7.gif" style="height:100px; width:286px" />

(21)

(Kolmogorov 1935, Zygmund 1959).

Watson (1930) showed that

 lim_(n->infty)[L_n-4/(pi^2)ln(2n+1)]=c,

(22)

where

c =

(23)

= 8/(pi^2)[sum_(j=0)^(infty)(lambda(2j+2)-1)/(2j+1)]+4/(pi^2)(2ln2+gamma)

(24)

= 0.9894312738...

(25)

(OEIS A086052), where Gamma(z) is the gamma function, lambda(z) is the Dirichlet lambda function, and gamma is the Euler-Mascheroni constant.

Define the nth Lebesgue constant for the Lagrange interpolating polynomial by

 Lambda_n(X)=max_(-1<=x<=1)sum_(k=1)^n|product_(j!=k)(x-x_j)/(x_k-x_j)|.

(26)

It is then true that

 Lambda_n>4/(pi^2)lnn-1.

(27)

The efficiency of a Lagrange interpolation is related to the rate at which Lambda_n increases. Erdős (1961) proved that there exists a positive constant such that

 Lambda_n>2/pilnn-C

(28)

for all n. Erdős (1961) further showed that

 Lambda_n<2/pilnn+4,

(29)

so (◇) cannot be improved upon.


REFERENCES:

Finch, S. R. "Lebesgue Constants." §4.2 in Mathematical Constants. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 250-255, 2003.

Erdős, P. "Problems and Results on the Theory of Interpolation, II." Acta Math. Acad. Sci. Hungary 12, 235-244, 1961.

Hardy, G. H. "Note on Lebesgue's Constants in the Theory of Fourier Series." J. London Math. Soc. 17, 4-13, 1942.

Kolmogorov, A. N. "Zur Grössenordnung des Restgliedes Fourierscher reihen differenzierbarer Funktionen." Ann. Math. 36, 521-526, 1935.

Sloane, N. J. A. Sequence A086052 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

Watson, G. N. "The Constants of Landau and Lebesgue." Quart. J. Math. Oxford 1, 310-318, 1930.

Zygmund, A. G. Trigonometric Series, 2nd ed., Vols. 1-2. Cambridge, England: Cambridge University Press, 1959.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي