المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية
القيمة الغذائية للثوم Garlic
2024-11-20
العيوب الفسيولوجية التي تصيب الثوم
2024-11-20
التربة المناسبة لزراعة الثوم
2024-11-20
البنجر (الشوندر) Garden Beet (من الزراعة الى الحصاد)
2024-11-20
الصحافة العسكرية ووظائفها
2024-11-19
الصحافة العسكرية
2024-11-19


Chebyshev Differential Equation  
  
982   02:31 مساءً   date: 11-6-2018
Author : المرجع الالكتروني للمعلوماتيه
Book or Source : المرجع الالكتروني للمعلوماتيه
Page and Part : ...


Read More
Date: 21-5-2018 1170
Date: 13-6-2018 714
Date: 12-6-2018 366

Chebyshev Differential Equation

 (1-x^2)(d^2y)/(dx^2)-x(dy)/(dx)+alpha^2y=0

(1)

for |x|<1. The Chebyshev differential equation has regular singular points at -1, 1, and infty. It can be solved by series solution using the expansions

y = sum_(n=0)^(infty)a_nx^n

(2)

= sum_(n=0)^(infty)na_nx^(n-1)

(3)

= sum_(n=1)^(infty)na_nx^(n-1)

(4)

= sum_(n=0)^(infty)(n+1)a_(n+1)x^n

(5)

= sum_(n=0)^(infty)(n+1)na_(n+1)x^(n-1)

(6)

= sum_(n=1)^(infty)(n+1)na_(n+1)x^(n-1)

(7)

= sum_(n=0)^(infty)(n+2)(n+1)a_(n+2)x^n.

(8)

Now, plug equations (6) and (8) into the original equation (◇) to obtain

 (1-x^2)sum_(n=0)^infty(n+2)(n+1)a_(n+2)x^n 
 -xsum_(n=0)^infty(n+1)n_(n+1)x^n+alpha^2sum_(n=0)^inftya_nx^n=0

(9)

 sum_(n=0)^infty(n+2)(n+1)a_(n+2)x^n-sum_(n=0)^infty(n+2)(n+1)a_(n+2)x^(n+2) 
 -sum_(n=0)^infty(n+1)a_(n+1)x^(n+1)+alpha^2sum_(n=0)^inftya_nx^n=0

(10)

 sum_(n=0)^infty(n+2)(n+1)a_(n+2)x^n-sum_(n=2)^inftyn(n-1)a_nx^n 
 -sum_(n=1)^inftyna_nx^n+alpha^2sum_(n=0)^inftya_nx^n=0

(11)

 2·1a_2+3·2a_3x-1·ax+alpha^2a_0+alpha^2a_1x 
 +sum_(n=2)^infty[(n+2)(n+1)a_(n+2)-n(n-1)a_n-na_n+alpha^2a_n]x^n=0

(12)

 (2a_2+alpha^2a_0)+[(alpha^2-1)a_1+6a_3]x 
 +sum_(n=2)^infty[(n+2)(n+1)a_(n+2)+(alpha^2-n^2)a_n]x^n=0,

(13)

so

 2a_2+alpha^2a_0=0

(14)

 (alpha^2-1)a_1+6a_3=0,

(15)

and by induction,

 a_(n+2)=(n^2-alpha^2)/((n+1)(n+2))a_n

(16)

for n=2, 3, ....

Since (14) and (15) are special cases of (16), the general recurrence relation can be written

 a_(n+2)=(n^2-alpha^2)/((n+1)(n+2))a_n

(17)

for n=0, 1, .... From this, we obtain for the even coefficients

a_2 = (-alpha^2)/2a_0

(18)

a_4 = (2^2-alpha^2)/(3·4)a_2=((2^2-alpha^2)(-alpha^2))/(1·2·3·4)a_0

(19)

a_(2n) = ([(2n)^2-alpha^2][(2n-2)^2-alpha^2]...(-alpha^2))/((2n)!)a_0,

(20)

and for the odd coefficients

a_3 = (1-alpha^2)/6a_1

(21)

a_5 = (3^2-alpha^2)/(4·5)a_3=((3^2-alpha^2)(1^2-alpha^2))/(5!)a_1

(22)

a_(2n-1) = ([(2n-1)^2-alpha^2][(2n-3)^2-alpha^2]...[1^2-alpha^2])/((2n+1)!)a_1.

(23)

The even coefficients k=2n can be given in closed form as

a_(k even) = a_0product_(j=1)^(k/2)(k-2j)^2-alpha^2

(24)

= (2^(k-1)pialphacsc(1/2pialpha))/(Gamma(1-1/2k-1/2alpha)Gamma(1-1/2k+1/2alpha))a_0,

(25)

and the odd coefficients k=2n-1 as

a_(k odd) = a_1product_(j=1)^((k-1)/2)(k-2j)^2-alpha^2

(26)

= (2^(k-1)pialphasec(1/2pialpha))/(Gamma(1-1/2k-1/2alpha)Gamma(1-1/2k+1/2alpha))a_1.

(27)

The general solution is then given by summing over all indices,

 y=a_0[1+sum_(k=2,4,...)^infty(a_(k even))/(k!)x^k] 
 +[x+sum_(k=3,5,...)^infty(a_(k odd))/(k!)x^k],

(28)

which can be done in closed form as

 y=a_0cos(alphasin^(-1)x)+(a_1)/alphasin(alphasin^(-1)x).

(29)

Performing a change of variables gives the equivalent form of the solution

y = b_1cos(alphacos^(-1)x)+b_2sin(alphacos^(-1)x)

(30)

= b_1T_alpha(x)+b_2sqrt(1-x^2)U_(alpha-1)(x),

(31)

where T_n(x) is a Chebyshev polynomial of the first kind and U_n(x) is a Chebyshev polynomial of the second kind. Another equivalent form of the solution is given by

 y=c_1cosh[alphaln(x+sqrt(x^2-1))] 
 +ic_2sinh[alphaln(x+sqrt(x^2-1))].

(32

 


REFERENCES:

Arfken, G. Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, p. 735, 1985.

Boyce, W. E. and DiPrima, R. C. Elementary Differential Equations and Boundary Value Problems, 4th ed. New York: Wiley, pp. 232 and 252, 1986.

Zwillinger, D. Handbook of Differential Equations, 3rd ed. Boston, MA: Academic Press, p. 127, 1997.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.