罗德里格公式

关于几何学中关于矢量的旋转的算法（Rodrigues' rotation formula），请见“罗德里格旋转公式”。

罗德里格公式（英语：Rodrigues' formula），旧称为艾沃里–雅可比公式，是一个关于勒壤得多项式的公式，分别被 欧林 罗德里格 （1816），詹姆斯 艾沃里 （1824）及卡尔 雅可比 （1827）所独立发现。在埃尔米特于1865年指出罗德里格是第一个发现的人后，Heine在1878年建议使用“罗德里格公式”此名称。此名称亦被用于其它正交多项式的相似公式中。Askey (2005)详述了罗德里格公式的历史。

叙述

令$\{P_{n}(x)\}_{n=0}^{\infty }$为一正交多项式序列，并满足以下条件： $$\int _{a}^{b}P_{m}(x)P_{n}(x)w(x)\,dx=K_{n}\delta _{m,n},$$ 其中$w(x)$ 为权函数，$K_{n}$为与$n$有关之常数，$\delta _{m,n}$则是克罗内克δ函数。如果权函数$w(x)$满足以下微分方程（又称Pearson微分方程）： $${\frac {w'(x)}{w(x)}}={\frac {A(x)}{B(x)}},$$ 其中$A(x)$ 为次数最高为一的多项式，$B(x)$为次数最高为二的多项式；且以下极限成立： $$\lim _{x\to a}w(x)B(x)=0,\qquad \lim _{x\to b}w(x)B(x)=0,$$ 那么我们可以证明$P_{n}(x)$满足以下递回关系式 $$P_{n}(x)={\frac {c_{n}}{w(x)}}{\frac {d^{n}}{dx^{n}}}\left[B(x)^{n}w(x)\right],$$ 其中$c_{n}$为常数。此关系式称为“罗形公式”或是简称为“罗德里格公式”

罗形公式最常见的应用为勒壤得多项式、拉盖尔多项式和埃尔米特多项式。

对勒壤得多项式$P_{n}$，罗德里格描述他的公式如下： $$P_{n}(x)={\frac {1}{2^{n}n!}}{\frac {d^{n}}{dx^{n}}}\left[(x^{2}-1)^{n}\right].$$

拉盖尔多项式通常被记为L₀, L₁, ⋯⋯，其罗形公式可被写为： $$L_{n}(x)={\frac {e^{x}}{n!}}{\frac {d^{n}}{dx^{n}}}\left(e^{-x}x^{n}\right)={\frac {1}{n!}}\left({\frac {d}{dx}}-1\right)^{n}x^{n},$$

埃尔米特多项式的罗德里格公式则为： $$H_{n}(x)=(-1)^{n}e^{x^{2}}{\frac {d^{n}}{dx^{n}}}e^{-x^{2}}=\left(2x-{\frac {d}{dx}}\right)^{n}\cdot 1.$$

其他从史特姆-莱欧维尔方程所得之正交函数序列也有类似的公式，这些公式也被称为罗德里格公式（或是罗形公式），特别是所得函数为多项式时。

参考资料

• Askey, Richard, The 1839 paper on permutations: its relation to the Rodrigues formula and further developments, Altmann, Simón L.; Ortiz, Eduardo L. (编), Mathematics and social utopias in France: Olinde Rodrigues and his times, History of mathematics 28, Providence, R.I.: American Mathematical Society: 105–118, 2005, ISBN 978-0-8218-3860-0 
• 艾沃里, 詹姆斯, On the Figure Requisite to Maintain the Equilibrium of a Homogeneous Fluid Mass That Revolves Upon an Axis, Philosophical Transactions of the Royal Society of London (The Royal Society), 1824, 114: 85–150, JSTOR 107707, doi:10.1098/rstl.1824.0008  
• 雅可比, C. G. J., Ueber eine besondere Gattung algebraischer Functionen, die aus der Entwicklung der Function (1 − 2xz + z²)^1/2 entstehen., Journal für die Reine und Angewandte Mathematik, 1827, 2: 223–226 [2022-12-29], ISSN 0075-4102, S2CID 120291793, doi:10.1515/crll.1827.2.223, （原始内容存档于2022-12-29） （German）  引文格式1维护：未识别语文类型 (link)
• 约翰·J·奥康纳; 埃德蒙·F·罗伯逊, Olinde Rodrigues, MacTutor数学史档案 （英语） 
• 罗德里格, 欧林, De l'attraction des sphéroïdes, Correspondence sur l'École Impériale Polytechnique, (Thesis for the Faculty of Science of the University of Paris), 1816, 3 (3): 361–385