Some New Classes of Orthogonal Polynomials and Special Functions

In dieser Dissertation präsentieren wir zunächst eine Verallgemeinerung der üblichen Sturm-Liouville-Probleme mit symmetrischen Lösungen und erklären eine umfassendere Klasse. Dann führen wir einige neue Klassen orthogonaler Polynome und spezieller Funktionen ein, welche sich aus dieser symmetrischen Verallgemeinerung ableiten lassen. Als eine spezielle Konsequenz dieser Verallgemeinerung führen wir ein Polynomsystem mit vier freien Parametern ein und zeigen, dass in diesem System fast alle klassischen symmetrischen orthogonalen Polynome wie die Legendrepolynome, die Chebyshevpolynome erster und zweiter Art, die Gegenbauerpolynome, die verallgemeinerten Gegenbauerpolynome, die Hermitepolynome, die verallgemeinerten Hermitepolynome und zwei weitere neue endliche Systeme orthogonaler Polynome enthalten sind. All diese Polynome können direkt durch das neu eingeführte System ausgedrückt werden. Ferner bestimmen wir alle Standardeigenschaften des neuen Systems, insbesondere eine explizite Darstellung, eine Differentialgleichung zweiter Ordnung, eine generische Orthogonalitätsbeziehung sowie eine generische Dreitermrekursion. Außerdem benutzen wir diese Erweiterung, um die assoziierten Legendrefunktionen, welche viele Anwendungen in Physik und Ingenieurwissenschaften haben, zu verallgemeinern, und wir zeigen, dass diese Verallgemeinerung Orthogonalitätseigenschaft und -intervall erhält. In einem weiteren Kapitel der Dissertation studieren wir detailliert die Standardeigenschaften endlicher orthogonaler Polynomsysteme, welche sich aus der üblichen Sturm-Liouville-Theorie ergeben und wir zeigen, dass sie orthogonal bezüglich der Fisherschen F-Verteilung, der inversen Gammaverteilung und der verallgemeinerten t-Verteilung sind. Im nächsten Abschnitt der Dissertation betrachten wir eine vierparametrige Verallgemeinerung der Studentschen t-Verteilung. Wir zeigen, dass diese Verteilung gegen die Normalverteilung konvergiert, wenn die Anzahl der Stichprobe gegen Unendlich strebt. Eine ähnliche Verallgemeinerung der Fisherschen F-Verteilung konvergiert gegen die chi-Quadrat-Verteilung. Ferner führen wir im letzten Abschnitt der Dissertation einige neue Folgen spezieller Funktionen ein, welche Anwendungen bei der Lösung in Kugelkoordinaten der klassischen Potentialgleichung, der Wärmeleitungsgleichung und der Wellengleichung haben. Schließlich erklären wir zwei neue Klassen rationaler orthogonaler hypergeometrischer Funktionen, und wir zeigen unter Benutzung der Fouriertransformation und der Parsevalschen Gleichung, dass es sich um endliche Orthogonalsysteme mit Gewichtsfunktionen vom Gammatyp handelt.

Algorithmen für q-holonome Funktionen und q-hypergeometrische Reihen

Die q-Analysis ist eine spezielle Diskretisierung der Analysis auf einem Gitter, welches eine geometrische Folge darstellt, und findet insbesondere in der Quantenphysik eine breite Anwendung, ist aber auch in der Theorie der q-orthogonalen Polynome und speziellen Funktionen von großer Bedeutung. Die betrachteten mathematischen Objekte aus der q-Welt weisen meist eine recht komplizierte Struktur auf und es liegt daher nahe, sie mit Computeralgebrasystemen zu behandeln. In der vorliegenden Dissertation werden Algorithmen für q-holonome Funktionen und q-hypergeometrische Reihen vorgestellt. Alle Algorithmen sind in dem Maple-Package qFPS, welches integraler Bestandteil der Arbeit ist, implementiert. Nachdem in den ersten beiden Kapiteln Grundlagen geschaffen werden, werden im dritten Kapitel Algorithmen präsentiert, mit denen man zu einer q-holonomen Funktion q-holonome Rekursionsgleichungen durch Kenntnis derer q-Shifts aufstellen kann. Operationen mit q-holonomen Rekursionen werden ebenfalls behandelt. Im vierten Kapitel werden effiziente Methoden zur Bestimmung polynomialer, rationaler und q-hypergeometrischer Lösungen von q-holonomen Rekursionen beschrieben. Das fünfte Kapitel beschäftigt sich mit q-hypergeometrischen Potenzreihen bzgl. spezieller Polynombasen. Wir formulieren einen neuen Algorithmus, der zu einer q-holonomen Rekursionsgleichung einer q-hypergeometrischen Reihe mit nichttrivialem Entwicklungspunkt die entsprechende q-holonome Rekursionsgleichung für die Koeffizienten ermittelt. Ferner können wir einen neuen Algorithmus angeben, der umgekehrt zu einer q-holonomen Rekursionsgleichung für die Koeffizienten eine q-holonome Rekursionsgleichung der Reihe bestimmt und der nützlich ist, um q-holonome Rekursionen für bestimmte verallgemeinerte q-hypergeometrische Funktionen aufzustellen. Mit Formulierung des q-Taylorsatzes haben wir schließlich alle Zutaten zusammen, um das Hauptergebnis dieser Arbeit, das q-Analogon des FPS-Algorithmus zu erhalten. Wolfram Koepfs FPS-Algorithmus aus dem Jahre 1992 bestimmt zu einer gegebenen holonomen Funktion die entsprechende hypergeometrische Reihe. Wir erweitern den Algorithmus dahingehend, dass sogar Linearkombinationen q-hypergeometrischer Potenzreihen bestimmt werden können. ________________________________________________________________________________________________________________

Moments of classical orthogonal polynomials

The aim of this work is to find simple formulas for the moments mu_n for all families of classical orthogonal polynomials listed in the book by Koekoek, Lesky and Swarttouw. The generating functions or exponential generating functions for those moments are given.

Real orthogonal polynomials in frequency analysis

We study the use of para-orthogonal polynomials in solving the frequency analysis problem. Through a transformation of Delsarte and Genin, we present an approach for the frequency analysis by using the zeros and Christoffel numbers of polynomials orthogonal on the real line. This leads to a simple and fast algorithm for the estimation of frequencies. We also provide a new method, faster than the Levinson algorithm, for the determination of the reflection coefficients of the corresponding real Szego polynomials from the given moments.

Inequalities for zeros of associated polynomials and derivatives of orthogonal polynomials

It is well known and easy to see that the zeros of both the associated polynomial and the derivative of an orthogonal polynomial p(n)(x) interlace with the zeros of p(n)(x) itself. The natural question of how these zeros interlace is under discussion. We give a sufficient condition for the mutual location of kth, 1 less than or equal to k less than or equal to n - 1, zeros of the associated polynomial and the derivative of an orthogonal polynomial in terms of inequalities for the corresponding Cotes numbers. Applications to the zeros of the associated polynomials and the derivatives of the classical orthogonal polynomials are provided. Various inequalities for zeros of higher order associated polynomials and higher order derivatives of orthogonal polynomials are proved. The results involve both classical and discrete orthogonal polynomials, where, in the discrete case, the differential operator is substituted by the difference operator. (C) 2001 IMACS. Published by Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

Sharp bounds for the extreme zeros of classical orthogonal polynomials

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Convolutions and zeros of orthogonal polynomials

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Asymptotics for Gegenbauer-Sobolev orthogonal polynomials associated with non-coherent pairs of measures

Inner products of the type < f, g >(S) = < f, g >psi(0) + < f', g'>psi(1), where one of the measures psi(0) or psi(1) is the measure associated with the Gegenbauer polynomials, are usually referred to as Gegenbauer-Sobolev inner products. This paper deals with some asymptotic relations for the orthogonal polynomials with respect to a class of Gegenbauer-Sobolev inner products. The inner products are such that the associated pairs of symmetric measures (psi(0), psi(1)) are not within the concept of symmetrically coherent pairs of measures.

Zeros of Gegenbauer-Sobolev Orthogonal Polynomials: Beyond Coherent Pairs

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Asymptotics for Jacobi-Sobolev orthogonal polynomials associated with non-coherent pairs of measures

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Some asymptotics for Sobolev orthogonal polynomials involving Gegenbauer weights

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Szego polynomials: some relations to L-orthogonal and orthogonal polynomials

We consider the real Szego polynomials and obtain some relations to certain self inversive orthogonal L-polynomials defined on the unit circle and corresponding symmetric orthogonal polynomials on real intervals. We also consider the polynomials obtained when the coefficients in the recurrence relations satisfied by the self inversive orthogonal L-polynomials are rotated. (C) 2002 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

SYMMETRICAL ORTHOGONAL POLYNOMIALS AND THE ASSOCIATED ORTHOGONAL L-POLYNOMIALS

We show how symmetric orthogonal polynomials can be linked to polynomials associated with certain orthogonal L-polynomials. We provide some examples to illustrate the results obtained Finally as an application, we derive information regarding the orthogonal polynomials associated with the weight function (1 + kx(2))(1 - x(2))(-1/2), k > 0.

Companion orthogonal polynomials: some applications

In this paper the recurrence relations of symmetric orthogonal polynomials whose measures are related to each other in a certain way are considered. Many of the relations satisfied by the coefficients of the recurrence relations are exposed. The results are applied to obtain, for example, information regarding certain Sobolev orthogonal polynomials and regarding the measures of certain orthogonal polynomial sequences with twin periodic recurrence coefficients. (C) 2001 IMACS. Published by Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

Monotonicity of the zeros of orthogonal polynomials through related measures

Relation between two sequences of orthogonal polynomials, where the associated measures are related to each other by a first degree polynomial multiplication (or division), is well known. We use this relation to study the monotonicity properties of the zeros of generalized orthogonal polynomials. As examples, the Jacobi, Laguerre and Charlier polynomials are considered. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.