白努利多項式

白努利多項式

在數學中，白努利多項式在對多種特殊函數特別是黎曼ζ函數和赫爾維茨ζ函數的研究中出現。作為阿佩爾序列的一種，與正交多項式不同的是，白努利多項式的函數圖像與x軸在單位長度區間內的交點數目並不會隨着多項式次數的增加而增長。當多項式的次數趨近無窮大的時候，白努利多項式的函數形狀類似於三角函數。

表示法

白努利多項式 B_n 有多種表示法，可視情況選用。

代數法

當 n ≥ 0 時，

$B_{n}(x)=\sum _{k=0}^{n}{n \choose k}b_{k}x^{n-k},$

其中b_k 則為 白努利數

函數法

白努利多項式的母函數是

${\frac {te^{xt}}{e^{t}-1}}=\sum _{n=0}^{\infty }B_{n}(x){\frac {t^{n}}{n!}}.$

歐拉多項式母函數是

${\frac {2e^{xt}}{e^{t}+1}}=\sum _{n=0}^{\infty }E_{n}(x){\frac {t^{n}}{n!}}.$

微分法

白努利多項式亦可表示為微分的形式

$B_{n}(x)={D \over e^{D}-1}x^{n}$

其中 D = d/dx 是一個關於x的微分式，上述分式可以展開得到形式冪級數

$\int _{a}^{x}B_{n}(u)~du={\frac {B_{n+1}(x)-B_{n+1}(a)}{n+1}}~.$

積分法

白努利多項式的多項式f可以通此積分方程式求得

$\int _{x}^{x+1}B_{n}(u)\,du=x^{n}.$

通過積分變換得到

$(Tf)(x)=\int _{x}^{x+1}f(u)\,du$

多項式f 等價於

${\begin{aligned}(Tf)(x)={e^{D}-1 \over D}f(x)&{}=\sum _{n=0}^{\infty }{D^{n} \over (n+1)!}f(x)\\&{}=f(x)+{f'(x) \over 2}+{f''(x) \over 6}+{f'''(x) \over 24}+\cdots ~.\end{aligned}}$

這可以用來求解白努利多項式的反函數。