mini|300px|Plots der ersten fünf Hermiteschen Polynome Hn

Die Hermiteschen Polynome (nach Charles Hermite) sind Polynome mit folgenden äquivalenten Darstellungen:

bzw.

Die Hermiteschen Polynome (mit einem festen ) sind Lösungen der Hermiteschen Differentialgleichung, einer linearen Differentialgleichung zweiter Ordnung:

Explizite Darstellung Aus der ersten Darstellung erhält man mit der Formel von Faà di Bruno die explizite Darstellung

also

Hermitesche Polynome lassen sich durch folgende Rekursionsformeln berechnen :

Da bei jedem Iterationsschritt ein hinzumultipliziert wird, sieht man schnell, dass ein Polynom von Grade ist. Der Koeffizient der höchsten Potenz ist . Für gerade treten ausschließlich gerade Potenzen von auf, entsprechend für ungerade nur ungerade Potenzen, was sich mathematisch durch die Identität

ausdrücken lässt.

Die rekursive Darstellung der o. g. Hermiteschen Polynome lässt sich durch die einfache Substitution auch wie folgt schreiben:

Orthogonalität

Die Hermiteschen Polynome erfüllen bezüglich der Gewichtsfunktion die Orthogonalitätsrelation

Das heißt, dass bestimmte reelle Funktionen nach den Hermiteschen Polynomen in eine Reihe entwickelt werden können.

Erzeugende Eine erzeugende Funktion für die Hermite-Polynome ist

.

Andere Darstellung der Hermiteschen Polynome mini|300px|Plots der ersten fünf hermiteschen Polynome Hen (Statistiker-Konvention) Eine andere Definitionsmöglichkeit der Hermiteschen Polynome (Statistiker-Konvention) ist

Sie sind bezüglich der Gewichtsfunktion orthogonal

und erfüllen die Differentialgleichung

Sie lassen sich rekursiv durch

bestimmen.

Binomischer Lehrsatz Für die Hermiteschen Polynome gilt eine Formel, die eine ähnliche Gestalt hat wie der binomische Lehrsatz. Für ist

Index mit negativem Wert Die Ableitung der komplementären Fehlerfunktion ist . Damit kann die Darstellung der Hermiteschen Polynome auch folgendermaßen geschrieben werden: , sodass man für findet: . Die Funktionen höherer Indizes berechnen sich als: oder rekursiv mit . Die so erhaltenen Funktionen genügen wie die Polynome mit positivem Index der hermiteschen Differentialgleichung.

Sie lauten:

Anwendungen Ihre Bedeutung erhalten die Hermite-Polynome durch ihre vielseitige Anwendbarkeit in der Physik. Zum Beispiel werden sie zur Konstruktion der orthonormierten Lösungsfunktionen des quantenmechanischen harmonischen Oszillators benötigt. Diese entsprechen den Hermiteschen Funktionen, die man durch Multiplikation mit der gaußschen Normalverteilung und geeigneter Normierung erhält.

Eine weitere Anwendung finden sie in der Finite-Elemente-Methode als Formfunktionen.

Die Wahrscheinlichkeitsdichte der nicht-zentralen Studentschen t-Verteilung lässt sich ausdrücken mittels Hermitescher Polynomfunktionen, deren Index negative Werte hat.

Siehe auch Bell-Polynom Formel von Faà di Bruno Asymptotische Entwicklungen vom Plancherel-Rotach-Typ

Literatur I.N. Bronstein u. a.: Taschenbuch der Mathematik. 5. Auflage. Verlag Harri Deutsch, Frankfurt am Main / Thun 2001, ISBN 3-8171-2005-2 Milton Abramowitz, Irene Stegun: Handbook of Mathematical Functions Murray R. Spiegel: Höhere Mathematik für Ingenieure und Naturwissenschaftler. McGraw-Hill

Weblinks Eric W. Weisstein: Hermite Polynomial. MathWorld.

Einzelnachweise

Kategorie:Analytische Funktion Kategorie:Polynom Kategorie:Charles Hermite als Namensgeber