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Obtener el amplio núcleo de la fórmula de Christoffel-Darboux con polinomios de Hermite asintóticas

Deje que el Núcleo asociado a una familia de polinomio ortogonal $p_n(x)$ peso $w(x)$ se define como $$K_N(x,y):=\frac{\sqrt{w(x)w(y)}}{\int w(x) p_{N-1}(x)p_{N-1}(x)dx} \frac{p_N(x)p_{N-1}(y)-p_{N-1}(x) p_N(y)}{x-y} $$ (esto se conoce como la Christoffel-Darboux fórmula)

Estoy tratando de reproducir el resultado de Forrester (p.723 eq.3.6). Básicamente, el uso de los polinomios $$p_n(x):=2^{-n}H_n(x)\\w(x):=e^{-x^2}$$ y la expansión asintótica $$ e^{-x^2/2}H_n(x) \sim\pi^{1/4}2^{n/2+1/4} \Gamma(n-1)^{1/2} n^{-1/12} \left(\pi \text{Ai}(t)+\mathcal{O}(n^{-2/3})\right),$$ con $t=\sqrt{2}n^{1/6}(x-\sqrt{2n})$ uno debe encontrar una expresión para $K_N(x,y)$, y evaluar el límite $$K(X,Y):=\lim_{N\to\infty} \frac{1}{2^{1/2}N^{1/6}} K_N\left(\sqrt{2N}+\frac{X}{2^{1/2}N^{1/6}},\sqrt{2N}+\frac{Y}{2^{1/2}N^{1/6}}\right)$$ para demostrar que $$K(X,Y)=\frac{Ai(X)Ai'(Y) - Ai(Y)Ai'(X)}{X-Y}.$$

Hasta el momento no se puede demostrar fácilmente que la norma de la $N-1$ polinomio es $2^{-N-1}\Gamma(N)\sqrt{\pi}$, por lo que $$ K_N(x,y) = \frac{e^{-x^2/2}e^{-y^2/2}}{2^N\Gamma(N)\sqrt{\pi}}\left(\frac{H_N(x)H_{N-1}(y)-H_{N-1}(X)H_N(Y)}{x-y}\right)$$ que luego pueden ser relacionadas con la extensión asintótica. Sin embargo no tengo idea de cómo relacionarse $H_n$ $H_{n-1}$ en una manera que se obtiene un derivado de la función de Airy... incluso en el caso limitante $N\to\infty$. Cualquier sugerencia se agradece.

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JGab Puntos 525

He encontrado una manera de utilizar la Serie de Taylor. He puesto aquí por referencia.

Utilizando la fórmula para el Kernel directamente, con normaliza y volver a introducir las variables de $\widetilde{X}:=\sqrt{2N}+2^{-1/2}N^{-1/6} X$ et $\widetilde{Y}:=\sqrt{2N}+2^{-1/2}N^{-1/6} Y$, tenemos

\begin{align} K(X,Y) &= \lim_{N\to\infty}\frac{e^{-\widetilde{X}^2\!/2}e^{-\widetilde{Y}^2\!/2}}{2^{N+\frac{1}{2}}\pi^{\frac{1}{2}}N^{\frac{1}{6}}(N-1)!} \frac{H_N(\widetilde{X})H_{N-1}(\widetilde{Y})-H_{N-1}(\widetilde{X})H_{N}(\widetilde{Y})}{\widetilde{X}-\widetilde{Y}}.\notag\\ &\sim \lim_{N\to\infty}\frac{\pi^2}{N^{\frac{1}{12}}(N-1)^{\frac{1}{12}}}\sqrt{\frac{N!}{(N-1)!}} \frac{\text{Ai}(X)\Psi_{N-1}(\widetilde{Y}) - \Psi_{N-1}(\widetilde{X})\text{Ai}(Y)}{X-Y}. \notag\\ &:=\lim_{N\to\infty} f(N) \frac{\text{Ai}(X)\Psi_{N-1}(\widetilde{Y}) - \Psi_{N-1}(\widetilde{X})\text{Ai}(Y)}{X-Y} \end{align} donde $f(N)$ es alguna función de $N$. Para simplificar aún más el cálculo, se ha utilizado \begin{align} \Psi_{N-1}(\widetilde{X_i})&=\text{Ai}\left(\sqrt{2}(N-1)^{1/6}\left(\sqrt{2N}-\sqrt{2(N-1)}+\frac{X_i}{\sqrt{2}N^{1/6}}\right)\right):=\text{Ai}(\alpha X_i+\beta). \end{align} con $\alpha=[(N-1)/N]^{1/6}$, $\beta:=2(N-1)^{1/6}(\sqrt{N}-\sqrt{N-1})$ y $X_i=X,Y$.

Ahora, vamos a ampliar las funciones de Airy $\Psi(X_i)$ acerca de los puntos de $X_{i_0}$: \begin{align} \text{Ai}(\alpha X+\beta)=& \text{Ai}(\alpha X_0+\beta)+\alpha (X-X_0) \text{Ai}'(\alpha X_0 + \beta) + \mathcal{O}\bigl((X-X_0)^2\bigr)\\ \text{Ai}(\alpha Y+\beta)=& \text{Ai}(\alpha Y_0+\beta)+\alpha (Y-Y_0) \text{Ai}'(\alpha Y_0 + \beta) + \mathcal{O}\bigl((Y-Y_0)^2\bigr), \end{align}

donde suponemos que de orden superior plazo no contribuyen por ahora. La sustitución de la $\Psi(X_i)$ $K(X,Y)$ rendimientos
\begin{align} K(X,Y) \approx \lim_{N\to\infty} \alpha f(N) \frac{(Y-Y_0)\text{Ai}(X)\text{Ai}'(\alpha Y_0+\beta) - (X-X_0)\text{Ai}'(\alpha X_0+\beta)\text{Ai}(Y)}{X-Y}. \end{align} Ya tenemos el deseo de eliminar las dependencias en $(X-X_0),(Y-Y_0)$ $\alpha f(N)$ coeficiente de forma simultánea, seleccionamos $X_{i_0}=X_i-\alpha^{-1}f(N)^{-1}$ como punto de expansión. Por lo tanto \begin{align} K(X,Y) \approx \lim_{N\to\infty} \frac{\text{Ai}(X)\text{Ai}'\bigl(\alpha Y - f(N)^{-1}+\beta\bigr) - \text{Ai}'\bigl(\alpha X - f(N)^{-1}+\beta\bigr)\text{Ai}(Y)}{X-Y}. \end{align} Usando la aproximación de Stirling, se comprueba fácilmente que \begin{align} \frac{1}{f(N)} = \frac{N^{\frac{1}{12}}(N-1)^{\frac{1}{12}}}{\pi^2}\sqrt{\frac{(N-1)!}{N!}} \sim \frac{e^{\frac{1}{2}}}{\pi^2} \frac{ (N-1)^{\frac{N}{2}-\frac{1}{6}} }{ N^{\frac{N}{2}+\frac{1}{6}}} \end{align} que a su vez nos permite evaluar el límite de las operaciones de \begin{align} &\lim_{N\to\infty} \alpha = \lim_{N\to\infty} \left(\frac{N-1}{N}\right)^{1/6} = 1 \\ &\lim_{N\to\infty} \beta = \lim_{N\to\infty} 2(N-1)^{\frac{1}{6}}\bigl(\sqrt{N}-\sqrt{N-1}\bigr) = 0 \\ &\lim_{N\to\infty} \frac{1}{f(N)} = 0 \end{align}

Desde $\text{Ai}'\bigl(\alpha Y - f(N)^{-1}+\beta\bigr) $ es continua en el límite de $N\to\infty$, del orden de evaluación no importa, y podemos evaluar el argumento de la primera. Así \begin{align} K(X,Y) = \frac{\text{Ai}(X)\text{Ai}'(Y) - \text{Ai}'( X)\text{Ai}(Y)}{X-Y}. \end{align} Ahora podemos comprobar que el TS aproximación se justifica. Fácilmente se puede comprobar que los términos de orden superior de la escala como $\mathcal{O}(f(N)^{-d})$, $d$ la orden. Por tanto, nuestra aproximación no es irrazonable.

$\mathcal{QED}.$

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