Алгебраическая запись полиномов Бернштейна на симметричном отрезке и связанные с ней комбинаторные соотношения
Автор: Петросова Маргарита Арсеновна, Тихонов Иван Владимирович, Шерстюков Владимир Борисович
Журнал: Владикавказский математический журнал @vmj-ru
Статья в выпуске: 3 т.21, 2019 года.
Бесплатный доступ
Ставится вопрос о явной алгебраической записи полиномов Бернштейна по степеням независимой переменной. Кратко обсуждается общая постановка задачи на произвольном отрезке [a,b]. Для полноты картины напоминаются формулы Вигерта, действующие для коэффициентов полиномов Бернштейна на стандартном отрезке [0,1]. В центре внимания сейчас другой случай - симметричного отрезка [-1,1], что представляет несомненный интерес для теории аппроксимации. В работе найдены выражения, регулирующие образование коэффициентов полиномов Бернштейна на [-1,1]. Для интерпретации ответа потребовалось ввести новые числовые объекты - специальные "трапеции Паскаля". Они строятся аналогично классическому треугольнику по своим "начальным" и "краевым" условиям. С трапециями Паскаля связаны разнообразные соотношения, во многом обобщающие привычные комбинаторные тождества. В работе проведено систематическое исследование подобных свойств; составлена сводка основных формул. Полученные результаты находят применение при изучении поведения коэффициентов полиномов Бернштейна на [-1,1]. Так, например, оказывается, что есть универсальная связь двух коэффициентов a2m,m(f) и am,m(f), действующая при всех m∈N для любой функции f∈C[-1,1]. В итоге установлено существенное отличие картины на [-1,1] от случая стандартного отрезка [0,1]. Намечен ряд перспективных тем для дальнейших исследований, часть из которых активно проводится в последнее время.
Полиномы бернштейна, симметричный отрезок, трапеции паскаля, комбинаторные соотношения
Короткий адрес: https://sciup.org/143168808
IDR: 143168808 | УДК: 517.518.82+519.117 | DOI: 10.23671/VNC.2019.3.36462
Algebraic representation for Bernstein polynomials on the symmetric interval and combinatorial relations
We pose the question of explicit algebraic representation for Bernstein polynomials. The general statement of the problem on an arbitrary interval [a,b] is briefly discussed. For completeness, we recall Wigert formulas for the polynomials coefficients on the standard interval [0,1]. However, the focus of the paper is the case of the symmetric interval [-1,1], which is of fundamental interest for approximation theory. The exact expressions for the coefficients of Bernstein polynomials on [-1,1] are found. For the interpretation of the results we introduce a number of new numerical objects named Pascal trapeziums. They are constructed by analogy with a classical triangle, but with their own "initial" and "boundary" conditions. The elements of Pascal trapeziums satisfy various relations which remind customary combinatorial identities. A systematic research on such properties is fulfilled, and summaries of formulas are given. The obtained results are applicable for the study of the behavior of the coefficients in Bernstein polynomials on [-1,1]. For example, it appears that there exists a universal connection between two coefficients a2m,m(f) and am,m(f), and this is true for all m∈N and for all functions f∈C[-1,1]. Thus, it is set up that the case of symmetric interval [-1,1] is essentially different from the standard case of [0,1]. Perspective topics for future research are proposed. A number of this topics is already being studied.
Список литературы Алгебраическая запись полиномов Бернштейна на симметричном отрезке и связанные с ней комбинаторные соотношения
- Lorentz G. G. Bernstein Polynomials. Toronto: Univ. of Toronto Press, 1953. x+130 p.
- Виденский В. С. Многочлены Бернштейна. Учебное пособие к спецкурсу. Л.: ЛГПИ им. А. И. Герцена, 1990. 64 c.
- Натансон И. П. Конструктивная теория функций. М.-Л: ГИТТЛ, 1949. 688 c.
- Коровкин П. П. Линейные операторы и теория приближений. М.: ГИФМЛ, 1959. 212 c.
- Davis P. J. Interpolation and Approximation. N.Y.: Dover, 1975. xvi+394 p.
- DeVore R. A., Lorentz G. G. Constructive Approximation. Berlin-Heidelberg-N.Y.: Springer-Verlag, 1993. x+450 p.
- Phillips G. M. Interpolation and Approximation by Polynomials. N.Y.-Berlin-Heidelberg: Springer, 2003. xiv+312 p.
- Тихонов И. В., Шерстюков В. Б., Петросова М. А. Полиномы Бернштейна: старое и новое // Мат. форум. Т. 8. Ч. 1. Исследования по математическому анализу. Владикавказ: ЮМИ ВНЦ РАН и РСО-А, 2014. С. 126-175. (Итоги науки. Юг России).
- Тихонов И. В., Шерстюков В. Б., Петросова М. А. Правило склеивания для полиномов Бернштейна на симметричном отрезке // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Математика. Механика. Информатика. 2015. Т. 15, вып. 3. С. 288-300.
- DOI: 10.18500/1816-9791-2015-15-3-288-300
- Wigert S. Reflexions sur le polynome d'approximation ∑nν=0(n/ν)φ(ν/n)xν(1-x)n-ν // Arkiv for Matematik, Astronomi och Fysik. 1927. Bd. 20, Hafte 2. S. 1-15.
- Дзядык В. К. Введение в теорию равномерного приближения функций полиномами. М.: Наука, 1977. 512 c.
- Грэхем Р., Кнут Д., Паташник О. Конкретная математика. Основание информатики. М.: Мир, 1998. 704 c.
- Тихонов И. В., Шерстюков В. Б. О поведении коэффициентов полиномов Бернштейна при алгебраической записи на стандартном отрезке // Материалы науч. конф. Герценовские чтения-2015. Некоторые актуальные проблемы современной математики и мат. образования. СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 2015. С. 115-121.
- Тихонов И. В., Шерстюков В. Б., Петросова М. А. Явные выражения для коэффициентов полиномов Бернштейна при алгебраической записи на симметричном отрезке // Материалы науч. конф. Герценовские чтения-2015. Некоторые актуальные проблемы современной математики и мат. образования. СПб.: изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 2015. С. 121-124.
- Петросова М. А., Тихонов И. В., Шерстюков В. Б. Случай симметричного отрезка в теории классических полиномов Бернштейна // Системы компьютерной математики и их приложения. Вып. 15. Материалы XV Междунар. науч. конф. Смоленск: СмолГУ, 2014. С. 184-186.
- Петросова М. А., Тихонов И. В., Шерстюков В. Б. Комбинаторные соотношения, связанные с полиномами Бернштейна на симметричном отрезке // Системы компьютерной математики и их приложения. Вып. 17. Материалы XVII Междунар. науч. конф. Смоленск: СмолГУ, 2016. С. 177-182.
- Stafney J. D. A permissible restriction on the coefficients in uniform polynomial approximation to C[0,1] // Duke Math. J. 1967. Vol. 34, № 3. P. 393-396.
- Roulier J. A. Permissible bounds on the coefficients of approximating polynomials // J. Approx. Theory. 1970. Vol. 3, № 2. P. 117-122.
- Гурарий В. И., Мелетиди М. А. Об оценках коэффициентов полиномов, аппроксимирующих непрерывные функции // Функциональный анализ и его прил. 1971. Т. 5, вып. 1. С. 73-75.
- Norlund N. E. Vorlesungen uber Differenzenrechnung. Berlin: Springer Verlag, 1924. ix+551 p.
- Тихонов И. В., Шерстюков В. Б., Петросова М. А. Новые исследования, связанные с алгебраической записью полиномов Бернштейна на симметричном отрезке // Системы компьютерной математики и их приложения. Вып. 19. Материалы XIX Междунар. науч. конф. Смоленск: СмолГУ, 2018. С. 336-347.
- Feinsilver P., Kocik J. Krawtchouk polynomials and Krawtchouk matrices // Recent Advances in Applied Probability / Eds.: Baeza-Yates R., Glaz J., Gzyl H., Husler J., Palacios J. L. Boston, MA: Springer, 2005. P. 115-141.
- Ивченко Г. И., Медведев Ю. И., Миронова В. А. Анализ спектра случайных симметрических булевых матриц // Матем. вопр. криптогр. 2013. Т. 4, вып. 1. С. 59-76.
- DOI: 10.4213/mvk73
- Ивченко Г. И., Медведев Ю. И., Миронова В. А. Многочлены Кравчука и их применения в задачах криптографии и теории кодирования // Матем. вопр. криптогр. 2015. Т. 6, вып. 1. С. 33-56.
- DOI: 10.4213/mvk150