लैगुएरे बहुपद

गणित में, एडमंड लागुएरे (1834-1886) के नाम पर लैगुएरे बहुपद, लैगुएरे के अंतर समीकरण का मान हैं:$$xy'' + (1 - x)y' + ny = 0, y = y(x)$$जो द्वितीय कोटि के रेखीय अवकल समीकरण को प्रदर्शित करता हैं। यदि $n$ गैर-ऋणात्मक पूर्णांक है तो इस समीकरण का केवल ऐकक मान होता है।कभी-कभी लैगुएरे बहुपद नाम का उपयोग मान प्राप्त करने के लिए किया जाता है$$xy'' + (\alpha + 1 - x)y' + ny = 0~.$$

जहाँ $n$ अभी भी गैर-ऋणात्मक पूर्णांक है। फिर उन्हें सामान्यीकृत लैगुएरे बहुपद भी नाम दिया गया है, जैसा कि यहाँ पर उपयोग में लाया गया हैं। (वैकल्पिक रूप से जुड़े लैगुएरे बहुपद या, संभवतः ही कभी, सोनिन बहुपद, उनके आविष्कारक के बाद निकोलाई याकोवलेविच सोनिन का उपयोग किया गया। )।

अधिक सामान्य लैगुएरे फ़ंक्शन का कुछ मान होता है जब $n$ आवश्यक रूप से गैर-ऋणात्मक पूर्णांक नहीं होते हैं।

लैगुएरे बहुपदों का उपयोग गॉसियन चतुर्भुज के रूप में संख्यात्मक रूप से पूर्णांकों की गणना करने के लिए किया जाता है$$\int_0^\infty f(x) e^{-x} \, dx.$$ये बहुपद सामान्यतः $L_{0}$, $L_{1}$, …, बहुपद अनुक्रम द्वारा निरूपित होते हैं जिसे रॉड्रिक्स सूत्र द्वारा परिभाषित किया जा सकता है,$$L_n(x)=\frac{e^x}{n!}\frac{d^n}{dx^n}\left(e^{-x} x^n\right) =\frac{1}{n!} \left( \frac{d}{dx} -1 \right)^n x^n,$$निम्नलिखित खंड के बंद प्रारूप का कम उपयोग किया जाता हैं। वे आंतरिक उत्पाद के संबंध में ओर्थोगोनल बहुपद को प्रकट करते हैं$$\langle f,g \rangle = \int_0^\infty f(x) g(x) e^{-x}\,dx.$$लैगुएरे बहुपदों का क्रम $n! L_{n}$ शेफ़र अनुक्रम है,$$ \frac{d}{dx} L_n = \left ( \frac{d}{dx} - 1 \right ) L_{n-1}.$$कॉम्बिनेटरिक्स में किश्ती बहुपद कमोबेश लैगुएरे बहुपद के समान हैं, इस प्रकार वैरियेबल के प्राथमिक परिवर्तन तक इसे आगे के ट्रिकोमी-कार्लिट्ज़ बहुपद के रूप में उपयोग किया जाता हैं।

एक इलेक्ट्रॉन परमाणु के लिए श्रोडिंगर समीकरण के मान के रेडियल भाग में लैगुएरे बहुपद क्वांटम यांत्रिकी में उत्पन्न होते हैं। वे फेज स्पेस फॉर्म्युलेशन सिंपल हार्मोनिक ऑसिलेटर में ऑसिलेटर सिस्टम के स्टैटिक विग्नर फंक्शन्स का भी वर्णन करते हैं। वे इस प्रकार मोर्स क्षमता और क्वांटम हार्मोनिक ऑसिलेटर उदाहरण के क्वांटम यांत्रिकी में प्रवेश करते हैं, जिसे 3 डी आइसोट्रोपिक हार्मोनिक ऑसिलेटर के रूप में प्रदर्शित किया जाता हैं।

भौतिक विज्ञानी कभी-कभी लैगुएरे बहुपदों के लिए परिभाषा का उपयोग करते हैं जो n ! के गुणक द्वारा यहां उपयोग की गई परिभाषा से बड़ी होती है। (इसी प्रकार कुछ भौतिक विज्ञानी तथाकथित संबंधित लैगुएरे बहुपदों की कुछ भिन्न परिभाषाओं का उपयोग करते हैं।)

पहले कुछ बहुपद
ये पहले कुछ लैगुएरे बहुपद हैं:



रिकर्सिव डेफिनिशन, क्लोज्ड फॉर्म और जनरेटिंग फंक्शन
पहले दो बहुपदों को परिभाषित करते हुए लैगुएरे बहुपदों को पुनरावर्ती रूप से भी परिभाषित किया जा सकता है$$L_0(x) = 1$$$$L_1(x) = 1 - x$$और फिर किसी भी के लिए निम्नलिखित ओर्थोगोनल बहुपद#पुनरावृत्ति संबंधों का उपयोग करना $k ≥ 1$:$$L_{k + 1}(x) = \frac{(2k + 1 - x)L_k(x) - k L_{k - 1}(x)}{k + 1}. $$आगे,$$ x L'_n(x) = nL_n (x) - nL_{n-1}(x).$$कुछ सीमा तक प्राप्त होने वाले मानों से उत्पन्न होने वाली समस्याओं के मान में विशेष रूप से कुछ मान उपयोगी होते हैं: $$L_{k}(0) = 1, L_{k}'(0) = -k. $$बंद रूप है$$L_n(x)=\sum_{k=0}^n \binom{n}{k}\frac{(-1)^k}{k!} x^k .$$उनके लिए जनरेटिंग फ़ंक्शन भी इसी प्रकार है,$$\sum_{n=0}^\infty t^n L_n(x)= \frac{1}{1-t} e^{-tx/(1-t)}.$$ऋणात्मक सूचकांक के बहुपदों को धनात्मक सूचकांक वाले लोगों का उपयोग करके व्यक्त किया जा सकता है:$$L_{-n}(x)=e^xL_{n-1}(-x).$$

बाइनरी फ़ंक्शंस से संबंध
बाइनरी विस्तार से संबंधित कार्यों का उपयोग करके लैगुएरे बहुपदों $$n$$ को सेट करने की विधि है :$$L_n(x)=\frac{x^n}{n!}b(\frac{4^n-1}{3}, x).$$यहाँ$$b(n, x) = \frac{1}{x}b(\frac{n - 2^{f(n)}}{2}, x) + (-1)^nb(\left\lfloor\frac{2n - 2^{f(n)}}{2}\right\rfloor, x).$$साथ में $$b(0,x)=1$$ माना जाता हैं।$$f(2n+1)=0, f(2n)=f(n)+1.$$यहाँ $$f(n)$$ है और $$b(n)$$  का सामान्यीकरण है।

सामान्यीकृत लैगुएरे बहुपद
वास्तविक α का मान प्राप्त करने के लिए अंतर समीकरण के बहुपद मान सेट किया जाता हैं। $$x\,y'' + \left(\alpha +1 - x\right) y' + n\,y = 0$$सामान्यीकृत लैगुएरे बहुपद कहलाते हैं, या संबंधित लैगुएरे बहुपद कहलाते हैं। पहले दो बहुपदों को परिभाषित करते हुए सामान्यीकृत लेगुएरे बहुपदों को पुनरावर्ती रूप से भी परिभाषित किया जा सकता है$$L^{(\alpha)}_0(x) = 1$$$$L^{(\alpha)}_1(x) = 1 + \alpha - x$$और फिर किसी भी के लिए निम्नलिखित ओर्थोगोनल बहुपद पुनरावृत्ति संबंधों का उपयोग करता हैं जिसके लिए $k ≥ 1$ का मान सेट किया जाता हैं:$$L^{(\alpha)}_{k + 1}(x) = \frac{(2k + 1 + \alpha - x)L^{(\alpha)}_k(x) - (k + \alpha) L^{(\alpha)}_{k - 1}(x)}{k + 1}. $$सरल लैगुएरे बहुपद विशेष स्थितियाँ हैं जहाँ पर $α = 0$ सामान्यीकृत लैगुएरे बहुपद हैं:$$L^{(0)}_n(x) = L_n(x).$$उनके लिए रोड्रिग्स सूत्र है$$L_n^{(\alpha)}(x) = {x^{-\alpha} e^x \over n!}{d^n \over dx^n} \left(e^{-x} x^{n+\alpha}\right) = \frac{x^{-\alpha}}{n!}\left( \frac{d}{dx}-1\right)^nx^{n+\alpha}.$$उनके लिए जनरेटिंग फंक्शन है$$\sum_{n=0}^\infty t^n L^{(\alpha)}_n(x)=  \frac{1}{(1-t)^{\alpha+1}} e^{-tx/(1-t)}.$$

सामान्यीकृत लैगुएरे बहुपद के स्पष्ट उदाहरण और गुण
L_0^{(\alpha)}(x) &= 1 \\ L_1^{(\alpha)}(x) &= -x + (\alpha +1) \\ L_2^{(\alpha)}(x) &= \frac{x^2}{2} - (\alpha + 2)x + \frac{(\alpha+1)(\alpha+2)}{2} \\ L_3^{(\alpha)}(x) &= \frac{-x^3}{6} + \frac{(\alpha+3)x^2}{2} -\frac{(\alpha+2)(\alpha+3)x}{2} +\frac{(\alpha+1)(\alpha+2)(\alpha+3)}{6} \end{align}$$ \begin{align} & L_n^{(\alpha)}(x) = \frac{n^{\frac{\alpha}{2}-\frac{1}{4}}}{\sqrt{\pi}} \frac{e^{\frac{x}{2}}}{x^{\frac{\alpha}{2}+\frac{1}{4}}} \sin\left(2 \sqrt{nx}- \frac{\pi}{2}\left(\alpha-\frac{1}{2} \right) \right)+O\left(n^{\frac{\alpha}{2}-\frac{3}{4}}\right), \\[6pt] & L_n^{(\alpha)}(-x) = \frac{(n+1)^{\frac{\alpha}{2}-\frac{1}{4}}}{2\sqrt{\pi}} \frac{e^{-x/2}}{x^{\frac{\alpha}{2}+\frac{1}{4}}} e^{2 \sqrt{x(n+1)}} \cdot\left(1+O\left(\frac{1}{\sqrt{n+1}}\right)\right), \end{align} $$
 * लैगुएरे फ़ंक्शंस को संगम हाइपरज्यामितीय फंक्शन और कुमेर के परिवर्तन के रूप में परिभाषित किया गया है $$ L_n^{(\alpha)}(x) := {n+ \alpha \choose n} M(-n,\alpha+1,x).$$ जहाँ ${n+ \alpha \choose n}$ सामान्यीकृत द्विपद गुणांक है। जिसमें $n$ पूर्णांक होते है जो फ़ंक्शन डिग्री के बहुपद $n$ तक कम हो जाता है, इसकी वैकल्पिक अभिव्यक्ति भी की जाती है $$L_n^{(\alpha)}(x)= \frac {(-1)^n}{n!} U(-n,\alpha+1,x)$$ कंफ्लुएंट हाइपरज्यामेट्रिक फ़ंक्शन के संदर्भ में या दूसरा फ़ंक्शन उपयोग में लाया जाता हैं।
 * डिग्री के इन सामान्यीकृत लैगुएरे बहुपदों के लिए बंद रूप $n$ है $$ L_n^{(\alpha)} (x) = \sum_{i=0}^n (-1)^i {n+\alpha \choose n-i} \frac{x^i}{i!} $$ लीबनिज नियम (सामान्यीकृत उत्पाद नियम) लागू करके प्राप्त किया गया जाता हैं, रोड्रिग्स के फार्मूले से उत्पाद के विभेदन के लिए लाइबनिज की प्रमेय होती हैं।
 * लैगुएरे बहुपदों में विभेदक संकारक प्रतिनिधित्व होता है, जो बहुत निकट से संबंधित हर्मिट बहुपदों की तरह होता है। अर्थात् $$D = \frac{d}{dx}$$ और अंतर ऑपरेटर $$M=qxD^2+(\alpha+1)D$$ पर विचार करें, तब $$\exp(-tM)x^n=(-1)^nq^nt^nn!L^{(\alpha)}_n\left(\frac{x}{qt}\right)$$ का मान होता हैं।
 * पहले कुछ सामान्यीकृत लागुएरे बहुपद हैं: $$\begin{align}
 * अग्रणी पद का गुणांक है $L_{n}^{(k)}(x)$;
 * स्थिर पद, जिसका मान 0 है, है $$L_n^{(\alpha)}(0) = {n+\alpha\choose n} = \frac{\Gamma(n + \alpha + 1)}{n!\, \Gamma(\alpha + 1)};$$$$


 * यदि $(−1)^{n}/n !$ गैर-ऋणात्मक है, तो Ln(α) में n वास्तविक संख्या होती हैं, फ़ंक्शन का धनात्मक रूट (ध्यान दें कि $$\left((-1)^{n-i} L_{n-i}^{(\alpha)}\right)_{i=0}^n$$ स्टर्म श्रृंखला है), जो सभी अंतराल (गणित) में हैं $$\left( 0, n+\alpha+ (n-1) \sqrt{n+\alpha} \, \right].$$
 * इसमें से बड़े मान के लिए बहुपदों का स्पर्शोन्मुख मान $n$ होता हैं, किन्तु $α$ और $α$, द्वारा दिया गया है और संक्षेप में $$\frac{L_n^{(\alpha)}\left(\frac x n\right)}{n^\alpha}\approx e^{x/ 2n} \cdot \frac{J_\alpha\left(2\sqrt x\right)}{\sqrt x^\alpha},$$जहाँ $$J_\alpha$$ बेसेल फ़ंक्शन असिम्प्टोटिक रूप है।

एक समोच्च अभिन्न के रूप में
ऊपर निर्दिष्ट जनरेटिंग फ़ंक्शन को देखते हुए, बहुपदों को समोच्च अभिन्न के रूप में व्यक्त किया जा सकता है$$L_n^{(\alpha)}(x)=\frac{1}{2\pi i}\oint_C\frac{e^{-xt/(1-t)}}{(1-t)^{\alpha+1}\,t^{n+1}} \; dt,$$जहां समोच्च 1 पर आवश्यक विलक्षणता को बंद किए बिना वामावर्त दिशा में बार मूल को घेरता है

पुनरावृत्ति संबंध
लागुएरे बहुपदों के लिए अतिरिक्त सूत्र: $$L_n^{(\alpha+\beta+1)}(x+y)= \sum_{i=0}^n L_i^{(\alpha)}(x) L_{n-i}^{(\beta)}(y) .$$लैगुएरे के बहुपद पुनरावर्तन संबंधों को संतुष्ट करते हैं$$L_n^{(\alpha)}(x)= \sum_{i=0}^n L_{n-i}^{(\alpha+i)}(y)\frac{(y-x)^i}{i!},$$विशेष रूप से$$L_n^{(\alpha+1)}(x)= \sum_{i=0}^n L_i^{(\alpha)}(x)$$और$$L_n^{(\alpha)}(x)= \sum_{i=0}^n {\alpha-\beta+n-i-1 \choose n-i} L_i^{(\beta)}(x),$$या$$L_n^{(\alpha)}(x)=\sum_{i=0}^n {\alpha-\beta+n \choose n-i} L_i^{(\beta- i)}(x);$$इसके अतिरिक्त$$\begin{align} L_n^{(\alpha)}(x)- \sum_{j=0}^{\Delta-1} {n+\alpha \choose n-j} (-1)^j \frac{x^j}{j!}&= (-1)^\Delta\frac{x^\Delta}{(\Delta-1)!} \sum_{i=0}^{n-\Delta} \frac{(n-i){n \choose i}}L_i^{(\alpha+\Delta)}(x)\\[6pt] &=(-1)^\Delta\frac{x^\Delta}{(\Delta-1)!} \sum_{i=0}^{n-\Delta} \frac{(n-i){n \choose i}}L_i^{(n+\alpha+\Delta-i)}(x) \end{align}$$उनका उपयोग चार 3-बिंदु-नियमों को प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है$$\begin{align} L_n^{(\alpha)}(x) &= L_n^{(\alpha+1)}(x) - L_{n-1}^{(\alpha+1)}(x) = \sum_{j=0}^k {k \choose j} L_{n-j}^{(\alpha+k)}(x), \\[10pt] n L_n^{(\alpha)}(x) &= (n + \alpha )L_{n-1}^{(\alpha)}(x) - x L_{n-1}^{(\alpha+1)}(x), \\[10pt] & \text{or } \\ \frac{x^k}{k!}L_n^{(\alpha)}(x) &= \sum_{i=0}^k (-1)^i {n+i \choose i} {n+\alpha \choose k-i} L_{n+i}^{(\alpha-k)}(x), \\[10pt] n L_n^{(\alpha+1)}(x) &= (n-x) L_{n-1}^{(\alpha+1)}(x) + (n+\alpha)L_{n-1}^{(\alpha)}(x) \\[10pt] x L_n^{(\alpha+1)}(x) &= (n+\alpha)L_{n-1}^{(\alpha)}(x)-(n-x)L_n^{(\alpha)}(x); \end{align}$$संयुक्त रूप से वे इसे अतिरिक्त, उपयोगी पुनरावर्तन संबंध देते हैं$$\begin{align} L_n^{(\alpha)}(x)&= \left(2+\frac{\alpha-1-x}n \right)L_{n-1}^{(\alpha)}(x)- \left(1+\frac{\alpha-1}n \right)L_{n-2}^{(\alpha)}(x)\\[10pt] &= \frac{\alpha+1-x}n L_{n-1}^{(\alpha+1)}(x)- \frac x n L_{n-2}^{(\alpha+2)}(x) \end{align}$$तब से $$L_n^{(\alpha)}(x)$$ डिग्री का मोनिक बहुपद $$n$$ में $$\alpha$$ हैं।

जो आंशिक अंश अपघटन है$$\begin{align} \frac{n!\,L_n^{(\alpha)}(x)}{(\alpha+1)_n} &= 1- \sum_{j=1}^n (-1)^j \frac{j}{\alpha + j} {n \choose j}L_n^{(-j)}(x) \\ &= 1- \sum_{j=1}^n \frac{x^j}{\alpha + j}\,\,\frac{L_{n-j}^{(j)}(x)}{(j-1)!} \\ &= 1-x \sum_{i=1}^n \frac{L_{n-i}^{(-\alpha)}(x) L_{i-1}^{(\alpha+1)}(-x)}{\alpha +i}. \end{align}$$यहाँ पर दूसरी समानता निम्नलिखित पहचान द्वारा अनुसरण करती है, जो पूर्णांक i और $n$ के लिए मान्य है, और इसकी अभिव्यक्ति से तत्काल चार्लीयर बहुपद $$L_n^{(\alpha)}(x)$$ के संदर्भ में:$$ \frac{(-x)^i}{i!} L_n^{(i-n)}(x) = \frac{(-x)^n}{n!} L_i^{(n-i)}(x).$$तीसरी समानता के लिए इस खंड की चौथी और पाँचवीं सर्वसमिकाएँ लागू की जाती हैं।

सामान्यीकृत लैगुएरे बहुपदों के डेरिवेटिव्स
सामान्यीकृत लैगुएरे बहुपद के घात श्रेणी निरूपण में अंतर करना $k$ क्रम की ओर जाता है।$$\frac{d^k}{d x^k} L_n^{(\alpha)} (x) = \begin{cases} (-1)^k L_{n-k}^{(\alpha+k)}(x) & \text{if } k\le n, \\ 0 & \text{otherwise.} \end{cases}$$यह विशेष स्थितियों ($x > 0$) को इंगित करता है, उपरोक्त सूत्र का: पूर्णांक के लिए $α = 0$ सामान्यीकृत बहुपद लिखा जा सकता है$$L_n^{(k)}(x)=(-1)^k\frac{d^kL_{n+k}(x)}{dx^k},$$इस क्रम के द्वारा $k$ कभी-कभी व्युत्पन्न के लिए सामान्य कोष्ठक संकेतन के साथ भ्रम उत्पन्न करता है।

इसके अतिरिक्त, निम्नलिखित समीकरण रखती है:$$\frac{1}{k!} \frac{d^k}{d x^k} x^\alpha L_n^{(\alpha)} (x) = {n+\alpha \choose k} x^{\alpha-k} L_n^{(\alpha-k)}(x),$$जो एंटीडेरिवेटिव एकीकरण की तकनीक या कॉची के सूत्र के साथ सामान्यीकरण करता है$$L_n^{(\alpha')}(x) = (\alpha'-\alpha) {\alpha'+ n \choose \alpha'-\alpha} \int_0^x \frac{t^\alpha (x-t)^{\alpha'-\alpha-1}}{x^{\alpha'}} L_n^{(\alpha)}(t)\,dt.$$दूसरे चर के संबंध में व्युत्पन्न $α$ का रूप है, $$\frac{d}{d \alpha}L_n^{(\alpha)}(x)= \sum_{i=0}^{n-1} \frac{L_i^{(\alpha)}(x)}{n-i}.$$यह नीचे समोच्च अभिन्न प्रतिनिधित्व से स्पष्ट है। सामान्यीकृत लैगुएरे बहुपद अवकल समीकरण का पालन करते हैं$$x L_n^{(\alpha) \prime\prime}(x) + (\alpha+1-x)L_n^{(\alpha)\prime}(x) + n L_n^{(\alpha)}(x)=0,$$जिसकी तुलना सामान्य लैगुएरे बहुपद के k वें व्युत्पन्न द्वारा पालन किए गए समीकरण से की जा सकती है,$$x L_n^{[k] \prime\prime}(x) + (k+1-x)L_n^{[k]\prime}(x) + (n-k) L_n^{[k]}(x)=0,$$जहाँ $$L_n^{[k]}(x)\equiv\frac{d^kL_n(x)}{dx^k}$$ केवल इस समीकरण के लिए उपयोग की जाती हैं।

स्ट्रम-लियोविले सिद्धांत में| इस प्रारूप का अवकलन समीकरण है।$$-\left(x^{\alpha+1} e^{-x}\cdot L_n^{(\alpha)}(x)^\prime\right)' = n\cdot x^\alpha e^{-x}\cdot L_n^{(\alpha)}(x),$$जो दर्शाता $α = k$ है जिसमें आइजन मान के लिए आइजन वैक्टर $n$ का उपयोग करते हैं।

ओर्थोगोनलिटी
सामान्यीकृत लैग्युरे बहुपद ओर्थोगोनल ओवर हैं $[0, ∞)$ भार फंक्शन के साथ माप $L(α) n$ के संबंध में: $$\int_0^\infty x^\alpha e^{-x} L_n^{(\alpha)}(x)L_m^{(\alpha)}(x)dx=\frac{\Gamma(n+\alpha+1)}{n!} \delta_{n,m},$$जो इस प्रकार है$$\int_0^\infty x^{\alpha'-1} e^{-x} L_n^{(\alpha)}(x)dx= {\alpha-\alpha'+n \choose n} \Gamma(\alpha').$$यदि $$\Gamma(x,\alpha+1,1)$$ गामा वितरण को दर्शाता है तो ऑर्थोगोनलिटी रिलेशन को इस रूप में लिखा जा सकता है$$\int_0^{\infty} L_n^{(\alpha)}(x)L_m^{(\alpha)}(x)\Gamma(x,\alpha+1,1) dx={n+ \alpha \choose n}\delta_{n,m},$$संबंधित, सममित कर्नेल बहुपद का प्रतिनिधित्व है ( जिसमें क्रिस्टोफ़ेल-डार्बौक्स सूत्र इस प्रकार हैं।)$$\begin{align} K_n^{(\alpha)}(x,y) &:= \frac{1}{\Gamma(\alpha+1)} \sum_{i=0}^n \frac{L_i^{(\alpha)}(x) L_i^{(\alpha)}(y)}\\[4pt] & =\frac{1}{\Gamma(\alpha+1)} \frac{L_n^{(\alpha)}(x) L_{n+1}^{(\alpha)}(y) - L_{n+1}^{(\alpha)}(x) L_n^{(\alpha)}(y)}{\frac{x-y}{n+1} {n+\alpha \choose n}} \\[4pt] &= \frac{1}{\Gamma(\alpha+1)}\sum_{i=0}^n \frac{x^i}{i!} \frac{L_{n-i}^{(\alpha+i)}(x) L_{n-i}^{(\alpha+i+1)}(y)}; \end{align}$$रिकर्सिवली $$K_n^{(\alpha)}(x,y)=\frac{y}{\alpha+1} K_{n-1}^{(\alpha+1)}(x,y)+ \frac{1}{\Gamma(\alpha+1)} \frac{L_n^{(\alpha+1)}(x) L_n^{(\alpha)}(y)}.$$इसके अतिरिक्त,$$y^\alpha e^{-y} K_n^{(\alpha)}(\cdot, y) \to \delta(y- \cdot).$$तुरान की असमानताएँ यहाँ प्राप्त की जा सकती हैं, जो कि है$$L_n^{(\alpha)}(x)^2- L_{n-1}^{(\alpha)}(x) L_{n+1}^{(\alpha)}(x)= \sum_{k=0}^{n-1} \frac{n{n\choose k}} L_k^{(\alpha-1)}(x)^2>0.$$हाइड्रोजन परमाणु वेवफंक्शन के क्वांटम यांत्रिकी उपचार में निम्नलिखित अभिन्न की आवश्यकता है,$$\int_0^{\infty}x^{\alpha+1} e^{-x} \left[L_n^{(\alpha)} (x)\right]^2 dx= \frac{(n+\alpha)!}{n!}(2n+\alpha+1).$$

श्रृंखला विस्तार
यहाँ फंक्शन में (औपचारिक) श्रृंखला विस्तारित होते दें$$f(x)= \sum_{i=0}^\infty f_i^{(\alpha)} L_i^{(\alpha)}(x).$$तब$$f_i^{(\alpha)}=\int_0^\infty \frac{L_i^{(\alpha)}(x)} \cdot \frac{x^\alpha e^{-x}}{\Gamma(\alpha+1)} \cdot f(x) \,dx .$$श्रृंखला संबद्ध हिल्बर्ट अंतरिक्ष में अभिसरित होती है $x^{α} e^{−x}$ यदि और केवल यदि$$\| f \|_{L^2}^2 := \int_0^\infty \frac{x^\alpha e^{-x}}{\Gamma(\alpha+1)} | f(x)|^2 \, dx = \sum_{i=0}^\infty {i+\alpha \choose i} |f_i^{(\alpha)}|^2 < \infty. $$

विस्तार के और उदाहरण
एकपदीय के रूप में प्रतिनिधित्व किया जाता है$$\frac{x^n}{n!}= \sum_{i=0}^n (-1)^i {n+ \alpha \choose n-i} L_i^{(\alpha)}(x),$$जबकि द्विपद गुणांक में पैरामीट्रिजेशन होता है$${n+x \choose n}= \sum_{i=0}^n \frac{\alpha^i}{i!} L_{n-i}^{(x+i)}(\alpha).$$यह सीधे की ओर जाता है$$e^{-\gamma x}= \sum_{i=0}^\infty \frac{\gamma^i}{(1+\gamma)^{i+\alpha+1}} L_i^{(\alpha)}(x) \qquad \text{convergent iff } \Re(\gamma) > -\tfrac{1}{2}$$घातीय फंक्शन के लिए। अपूर्ण गामा फ़ंक्शन का प्रतिनिधित्व होता है$$\Gamma(\alpha,x)=x^\alpha e^{-x} \sum_{i=0}^\infty \frac{L_i^{(\alpha)}(x)}{1+i} \qquad \left(\Re(\alpha)>-1, x > 0\right).$$

क्वांटम यांत्रिकी में
क्वांटम यांत्रिकी में हाइड्रोजन जैसे परमाणु के लिए श्रोडिंगर समीकरण गोलाकार निर्देशांक में चरों को अलग करके बिल्कुल मान करने योग्य है। वेव फ़ंक्शन का रेडियल भाग (सामान्यीकृत) लैगुएरे बहुपद है। फ्रेंक-कॉन्डन सन्निकटन में वाइब्रोनिक युग्मन को लैगुएरे बहुपदों का उपयोग करके भी वर्णित किया जा सकता है।

गुणन प्रमेय
आर्थर एर्डेली|एर्डेली निम्नलिखित दो गुणन प्रमेय देते हैं $$\begin{align} & t^{n+1+\alpha} e^{(1-t) z} L_n^{(\alpha)}(z t)=\sum_{k=n}^\infty {k \choose n}\left(1-\frac 1 t\right)^{k-n} L_k^{(\alpha)}(z), \\[6pt] & e^{(1-t)z} L_n^{(\alpha)}(z t)=\sum_{k=0}^\infty \frac{(1-t)^k z^k}{k!}L_n^{(\alpha+k)}(z). \end{align}$$

हर्मिट बहुपदों से संबंध
सामान्यीकृत लैगुएरे बहुपद हर्मिट बहुपदों से संबंधित हैं:$$\begin{align} H_{2n}(x) &= (-1)^n 2^{2n} n! L_n^{(-1/2)} (x^2) \\[4pt] H_{2n+1}(x) &= (-1)^n 2^{2n+1} n! x L_n^{(1/2)} (x^2) \end{align}$$जहां $L^{2}[0, ∞)$ भार फलन पर आधारित हर्मिट बहुपद हैं $H_{n}(x)$, तथाकथित भौतिक विज्ञानी का संस्करण। इस वजह से, क्वांटम हार्मोनिक ऑसिलेटर के उपचार में सामान्यीकृत लैगुएरे बहुपद उत्पन्न होते हैं।

हाइपरज्यामितीय फंक्शन से संबंध
Laguerre बहुपदों को हाइपरज्यामितीय कार्यों के संदर्भ में परिभाषित किया जा सकता है, विशेष रूप से संगम हाइपरज्यामितीय कार्यों के रूप में$$L^{(\alpha)}_n(x) = {n+\alpha \choose n} M(-n,\alpha+1,x) =\frac{(\alpha+1)_n} {n!} \,_1F_1(-n,\alpha+1,x)$$जहाँ $$(a)_n$$ Pochhammer प्रतीक है (जो इस स्थितियोंमें बढ़ते फैक्टोरियल का प्रतिनिधित्व करता है)।

हार्डी-हिल फॉर्मूला
सामान्यीकृत लैगुएरे बहुपद हार्डी-हिल सूत्र को संतुष्ट करते हैं $$\sum_{n=0}^\infty \frac{n!\,\Gamma\left(\alpha + 1\right)}{\Gamma\left(n+\alpha+1\right)}L_n^{(\alpha)}(x)L_n^{(\alpha)}(y)t^n=\frac{1}{(1-t)^{\alpha + 1}}e^{-(x+y)t/(1-t)}\,_0F_1\left(\alpha + 1;\frac{xyt}{(1-t)^2}\right),$$जहां बाईं ओर की श्रंखला के लिए अभिसरित होती है $$\alpha>-1$$ और $$|t|<1$$. पहचान का उपयोग करना$$\,_0F_1(\alpha + 1;z)=\,\Gamma(\alpha + 1) z^{-\alpha/2} I_\alpha\left(2\sqrt{z}\right),$$(सामान्यीकृत हाइपरजियोमेट्रिक फ़ंक्शन # श्रृंखला 0F1 देखें), इसे इस रूप में भी लिखा जा सकता है$$\sum_{n=0}^\infty \frac{n!}{\Gamma(1+\alpha+n)}L_n^{(\alpha)}(x)L_n^{(\alpha)}(y) t^n = \frac{1}{(xyt)^{\alpha/2}(1-t)}e^{-(x+y)t/(1-t)} I_\alpha \left(\frac{2\sqrt{xyt}}{1-t}\right).$$यह सूत्र हर्मिट बहुपदों के लिए मेहलर कर्नेल का सामान्यीकरण है, जिसे ऊपर दिए गए लैगुएरे और हर्मिट बहुपदों के बीच संबंधों का उपयोग करके इससे पुनर्प्राप्त किया जा सकता है।

भौतिक विज्ञानी स्केलिंग कन्वेंशन
हाइड्रोजन परमाणु ऑर्बिटल्स के लिए क्वांटम वेवफंक्शन का वर्णन करने के लिए सामान्यीकृत लैगुएरे बहुपदों का उपयोग किया जाता है। इस विषय पर परिचयात्मक साहित्य में, इस आलेख में प्रस्तुत स्केलिंग की तुलना में सामान्यीकृत लैगुएरे बहुपदों के लिए अलग स्केलिंग का उपयोग किया जाता है। यहाँ ली गई परिपाटी में, सामान्यीकृत लैगुएरे बहुपदों को इस रूप में व्यक्त किया जा सकता है $$L_n^{(\alpha)}(x) = \frac{\Gamma(\alpha + n + 1)}{\Gamma(\alpha + 1) n!} \,_1F_1(-n; \alpha + 1; x),$$जहाँ $$\,_1F_1(a;b;x)$$ मिला हुआ हाइपरज्यामितीय कार्य है। भौतिक विज्ञानी साहित्य में, जैसे इसके अतिरिक्त सामान्यीकृत लैगुएरे बहुपदों को इस रूप में परिभाषित किया गया है$$\bar{L}_n^{(\alpha)}(x) = \frac{\left[\Gamma(\alpha + n + 1)\right]^2}{\Gamma(\alpha + 1)n!} \,_1F_1(-n; \alpha + 1; x).$$भौतिक विज्ञानी संस्करण द्वारा मानक संस्करण से संबंधित है$$\bar{L}_n^{(\alpha)}(x) = (n+\alpha)! L_n^{(\alpha)}(x).$$भौतिक विज्ञान के साहित्य में और परिपाटी का प्रयोग किया जाता है, चूंकि इसकी आवृत्ति कम होती है। इस परिपाटी के अनुसार लैगुएरे बहुपदों को दिया जाता है  $$\tilde{L}_n^{(\alpha)}(x) = (-1)^{\alpha}\bar{L}_{n-\alpha}^{(\alpha)}.$$

यह भी देखें

 * ओर्थोगोनल बहुपद
 * रोड्रिग्स का सूत्र
 * एंजेलस्कु बहुपद
 * बेसेल बहुपद
 * डेनिस्युक बहुपद
 * अनुप्रस्थ मोड, वेवगाइड या लेजर बीम प्रोफाइल के भीतर क्षेत्र की तीव्रता का वर्णन करने के लिए लैगुएरे बहुपदों का महत्वपूर्ण अनुप्रयोग।

संदर्भ

 * G. Szegő, Orthogonal polynomials, 4th edition, Amer. Math. Soc. Colloq. Publ., vol. 23, Amer. Math. Soc., Providence, RI, 1975.
 * B. Spain, M.G. Smith, Functions of mathematical physics, Van Nostrand Reinhold Company, London, 1970. Chapter 10 deals with Laguerre polynomials.
 * Eric W. Weisstein, "Laguerre Polynomial", From MathWorld—A Wolfram Web Resource.
 * B. Spain, M.G. Smith, Functions of mathematical physics, Van Nostrand Reinhold Company, London, 1970. Chapter 10 deals with Laguerre polynomials.
 * Eric W. Weisstein, "Laguerre Polynomial", From MathWorld—A Wolfram Web Resource.
 * Eric W. Weisstein, "Laguerre Polynomial", From MathWorld—A Wolfram Web Resource.