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Lexikon der Mathematik: Polynomfolge

zunächst ganz allgemein eine Folge von Polynomen, meist jedoch, so etwa in der Kombinatorik, eine solche Folge, bei der noch der Grad der Polynome mit ansteigendem Folgenindex anwächst.

Bezeichnet man mit ℝ[x] die Menge aller reellen Polynome in der Variablen x, und faßt man ℝ[x] als unendlichdimensionalen Vektorraum über ℝ mit der gewöhnlichen Addition von Polynomen und Skalarmultiplikation als Operationen auf, so ist eine Folge {pn ∈ ℝ[x], n ∈ ℕ0} eine Polynomfolge, falls grad pn = n für alle n ∈ ℕ0. Zusätzlich wird hierbei vereinbart, daß der Grad des Nullpolynoms −1 ist. Die wichtigsten Polynomfolgen sind die drei fundamentalen Polynomfolgen von Zählfunktionen: Die Monome (Standardpolynome), die fallenden Faktoriellen und die steigenden Faktoriellen, sowie deren Verallgemeinerung, die Binomialfolgen.

Da die Grade in einer Polynomfolge strikt ansteigen, ergibt sich unmittelbar der Hauptsatz über Polynomfolgen:

Jede Polynomfolge {pn ∈ ℝ[x], n ∈ ℕ0} bildet eine Basis von ℝ[x].

Hieraus folgt, daß für zwei Polynomfolgen {pn ∈ ℝ[x], n ∈ ℕ0} und {qn ∈ ℝ[x], n ∈ ℕ0} jedes qn als Linearkombination der pi mit in, und jedes pn als Linearkombination der qi mit in dargestellt werden kann. Es gibt also eindeutige Koeffizienten cn,i und dn,i so, daß \begin{eqnarray}{q}_{n}=\displaystyle \sum _{i=0}^{n}{c}_{n,i}{p}_{{}^{i}}\end{eqnarray} und \begin{eqnarray}{p}_{n}=\displaystyle \sum _{i=0}^{n}{d}_{n,i}{q}_{{}^{i}}.\end{eqnarray} Die Zahlen cn,i und dn,i heißen Verbindungskoeffizienten von {pn} nach {qn} bzw. umgekehrt. Für beliebige Polynomfolgen ist die Bestimmung der Verbindungskoeffizienten eines der schwierigsten Probleme der Kombinatorik. Für Binomialfolgen gibt es jedoch genaue Ergebnisse.

  • Die Autoren
- Prof. Dr. Guido Walz

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