Polynôme de Legendre - Définition

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Les polynômes de Legendre sont des solutions y de l'équation différentielle de Legendre :

\frac{d}{dx}\left[(1-x^{2})\frac{dy}{dx}\right]+l(l+1)y=0

l est un entier naturel représentant l'ordre du polynôme.

On peut aussi les définir par l'intégrale de contour :

P_{n}(z)=\frac{1}{2\pi i}\int(1-2tz+t^{2})^{1/2}t^{-n-1}dt

où le contour entoure l'origine et est pris dans le sens des aiguilles d'une montre.

Les premiers polynômes sont :

  • P_{0}(x)=1 \,
  • P_{1}(x)=x\,
  • P_{2}(x)=\frac{1}{2}(3x^{2}-1)\,
  • P_{3}(x)=\frac{1}{2}(5x^{3}-3x)\,
  • P_{4}(x)=\frac{1}{8}(35x^{4}-30x^{2}+3)\,
  • P_{5}(x)=\frac{1}{8}(63x^{5}-70x^{3}+15x)\,

La relation de récurrence entre les différents polynomes s'écrit:

  • P_{n}(x)=\frac{1}{n}((2n-1)xP_{n-1}(x) - (n-1)P_{n-2}(x))\,

Ces polynômes sont orthogonaux par rapport au produit scalaire \varphi défini sur \R[X] par la relation :

\varphi(P,\, Q) = \int_{-1}^{+1} P(x) Q(x)\, dx.
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