Ortogonalidad. Bernardo de la Calle Ysern. Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales Universidad Politécnica de Madrid

Documentos relacionados
Teoría del Potencial. Bernardo de la Calle Ysern. Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales Universidad Politécnica de Madrid

CONVERGENCIA EN MEDIA DE LA SERIE DE FOURIER RESPECTO DE POLINOMIOS ASOCIADOS A LA MEDIDA (1 x) α (1 + x) β dx + Mδ 1 + Nδ 1

Elementos Básicos de Análisis Funcional en. Dr. Oldemar Rodríguez Rojas

Fórmulas de cuadratura positivas en la circunferencia unidad con nodos prefijados

Métodos matemáticos: Análisis funcional

Universidad de Buenos Aires - Facultad de Ciencias Exactas y Naturales - Depto. de Matemática Primer Cuatrimestre de k=1. x, y = x k y k.

Cálculo Numérico III Curso 2010/11

Integración numérica

Análisis de Fourier. Resumen de los apuntes de D. Antonio Cañada Villar. Sergio Cruz Blázquez. Curso 2015/2016

INTRODUCCIÓN A LOS ESPACIOS DE FUNCIONES. Problemas

Aproximantes de Padé. Bernardo de la Calle Ysern. Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales Universidad Politécnica de Madrid

Parte 4: Teoremas de convergencia.

Funciones Analíticas, Singularidades y Funciones Meromorfas

Ejercicios de Análisis Funcional

Cuadratura Gaussiana basada en polinomios ortogonales.

Fracciones continuas. Bernardo de la Calle Ysern. Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales Universidad Politécnica de Madrid

Apellidos:... Nombre:... Examen

Interpolación. Javier Segura. February 12, 2012

Problemas Regulares de Sturm-Liouville

17. Síntesis de la tercera parte.

TEMA VI: ESPACIOS DE HILBERT

1. El Teorema de Rolle Generalizado.

Teorema de Existencia y Unicidad Ecuaciones Diferenciales Ordinarias.

1.4. El problema de Cauchy. Resolución numérica de E.D.: generalidades.

Cuadratura Numérica. Javier Segura. J. Javier Segura Cuadratura Numérica

Ejercicios de teoría de la medida

15. Teoría de los residuos.

Profesor Francisco R. Villatoro 29 de Mayo de 2000 NO SE PERMITEN APUNTES, FORMULARIOS O CALCULADORA NO OLVIDE RACIONALIZAR TODOS LOS RESULTADOS

Apellidos:... Nombre:... Examen

Interpolación. Javier Segura. Cálculo Numérico I. Tema 3. Javier Segura (Universidad de Cantabria) Interpolación CNI 1 / 29

MAT2715 VARIABLE COMPLEJA II Ayudantia 1 Rodrigo Vargas. f n (z)dz = 0.

Variables aleatorias continuas y Teorema Central del Limite

Preliminares Interpolación INTERPOLACIÓN Y APROXIMACIÓN POLINOMIAL

Apéndice 2: Series de Fourier.

El Teorema del Modulo Máximo

Una serie de potencias es una expresión del tipo: a n (x x 0 ) n (5.2) n=0

Aproximación constructiva: números irracionales y trascendentes

Integrales impropias múltiples

Se suponen conocidos los siguientes conceptos previos desarrollados en las secciones 1, 2, 3.1 y 3.2:

Ejercicios Variable Real

EL TEOREMA DE NEHARI Y EL TEOREMA DE KRONECKER

Integración de Funciones Reales

Ortogonalidad múltiple en la circunferencia unidad

Aproximación constructiva: aproximantes de Padé y polinomios ortogonales

EXÁMEN INFERENCIA ESTADÍSTICA I Diplomado en Estadística Convocatoria de Febrero 2006

CÁLCULO II. Grado M+I. Sucesiones y series de funciones. Sucesiones y series de funciones 1 / 27. Grado M+I () CÁLCULO II

FUNCIONES MEROMORFAS. EL TEOREMA DE LOS RESIDUOS Y ALGUNAS DE SUS CONSECUENCIAS

Tema 7: Funciones de una variable. Límites y continuidad.

8. Consecuencias de la Teoría de Cauchy.

Complementos de Matemáticas, ITT Telemática

1 Espacios de Banach:

En recuerdo de J. J. Guadalupe

Polinomios de Chebyshev

Series numéricas y de potencias. 24 de Noviembre de 2014

Análisis Matemático para Estadística. Hoja 1

Teoría espectral: problemas propuestos

Comisión de Pedagogía - Diego Chamorro Análisis Funcional (Nivel 2).

Conjuntos Abiertos y Cerrados

1. Propiedades básicas de las medidas

x (0) si f (x) = 2s 1, s > 1 d) f 3. Analizar la existencia de derivadas laterales y de derivada en a = 0, para las siguientes funciones:

Una norma en un espacio lineal (o vectorial) X es una función. : X R con las siguientes propiedades: (a) x 0, para todo x X (no negatividad);

Problemas de VC para EDVC elaborados por C. Mora, Tema 4

METODOS NUMERICOS. Curso

Divisibilidad Infinita Libre, Teoremas de Convergencia

Planteamiento General para Polinomios Ortogonales. 1. Producto interno genérico, norma y ortogonalidad

Tema 1: Espacios vectoriales

Problemas con soluciones

7. Forma de Lagrange para el polinomio interpolador. 9. Forma de Newton para el polinomio interpolador

F-ESPACIOS. 1.- Introducción

Medidas. Problemas para examen. Estos problemas están redactados por Egor Maximenko y Breitner Arley Ocampo Gómez.

Múltiple Opción. Respuestas. Sean {a n } y {b n } dos sucesiones A A D C E. Para cada a R +, el área encerrada A D B C D

El Teorema de Stone-Weierstrass

1. ESPACIOS DE HILBERT Y OPERADORES

Análisis Funcional (Ejercicios-01)

Espacios vectoriales con producto interno

6. Teoría de Cauchy local.

Espacios Vectoriales Euclídeos. Métodos de los mínimos cuadrados

Tema 5. Interpolación

f n (x), donde N N n=1 f n(x), donde x A R,

Tema 2 Resolución de EcuacionesNo Lineales

TEMA 5: INTERPOLACION NUMERICA

Clase No. 20: Integrales impropias MAT 251. Joaquín Peña (CIMAT) Métodos Numéricos (MAT 251) / 14

Teoremas de Convergencia

Espacios métricos completos

ESPACIOS DE HILBERT. Ramón Bruzual Marisela Domínguez

Métodos Matemáticos: Análisis Funcional

Un resumen de la asignatura. Junio, 2015

TEMA 4. Sucesiones de números reales.

Integral de Lebesgue

Métodos Matemáticos de la Física III (Espacios de Hilbert)

Análisis Complejo - Primer Cuatrimestre de 2018

XXII ESCUELA VENEZOLANA DE MATEMÁTICAS POLINOMIOS ORTOGONALES NO ESTÁNDAR. PROPIEDADES ALGEBRAICAS Y ANALÍTICAS. Francisco Marcellán Yamilet Quintana

Métodos Matemáticos: Análisis Funcional

Espacios de Hilbert: problemas propuestos

Juan Luis Varona. z [A(t) ϕ n (t) + b(t)] dt.

Interpolación y aproximaciones polinómicas

Singularidades Series de Laurent. Tema 13

Ejercicios de ECUACIONES DIFERENCIALES ORDINARIAS

sup si A no es acotado.

Apuntes sobre la integral de Lebesgue

Transcripción:

Ortogonalidad Bernardo de la Calle Ysern Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales Universidad Politécnica de Madrid

Esquema de la lección 1. Polinomios ortogonales 2. Fórmulas de cuadratura 3. Transformadas de Cauchy 4. Problema de momentos determinado 5. Propiedades asintóticas 6. Conclusión

Polinomios ortogonales

Definiciones Sea Σ un subconjunto cerrado del plano complejo. Sea µ una medida de Borel positiva con soporte en Σ que conste al menos de una cantidad numerable de puntos. - Si Σ no está acotado supondremos que z n dµ(z) < +, n = 0, 1,... Σ La medida induce el producto interior f, g = f(z)g(z) dµ(z), f, g L 2 (µ), Σ que convierte el espacio L 2 (µ) en un espacio de Hilbert.

Definiciones La familia {1, z,..., z n,...} es l.i. en L 2 (µ) y mediante el proceso de ortogonalización de Gram-Schmidt se obtiene la sucesión de polinomios ortonormales q n (z) = γ n z n +, γ n > 0, n = 0, 1,... El polinomio ortogonal mónico se denota mediante q n. Uno de los problemas principales de la teoría es relacionar las propiedades de los polinomios ortogonales y las propiedades de la medida correspondiente

Problema de momentos Si Σ R (también si Σ T) los polinomios ortogonales pueden construirse a partir de un funcional de momentos Λ(x n ) = c n R, n = 0, 1,... Un funcional de momentos Λ es definido positivo en Σ si para todo polinomio p no nulo se cumple p(x) 0, x Σ = Λ(p) > 0. Dada una sucesión {c n } el problema de momentos consiste en averiguar si existe una medida µ soportada en Σ tal que c n = x n dµ(x), n = 0, 1,... Σ

Problema de momentos La existencia de la medida es equivalente a que el funcional de momentos sea definido positivo Se buscan entonces condiciones computables sobre los momentos para que el funcional sea definido positivo. El problema de momentos es determinado si la solución es única, lo que ocurre por ejemplo si Σ = [a, b] o Σ = T. En otros casos se buscan condiciones sobre los momentos que garantizen que el problema es determinado.

Problema de momentos La existencia de la medida es equivalente a que el funcional de momentos sea definido positivo Para extraer información de la medida a partir de los polinomios ortogonales se necesita que el problema de momentos esté determinado

Extremalidad Extremalidad de los polinomios ortogonales q n 2 L 2 (µ) = mín p(z)=z n + p 2 L 2 (µ) = 1 γn 2. (Da información sobre la densidad de μ) Los ceros de los polinomios ortogonales tienden a contrarrestar la densidad de la medida

Extremalidad Extremalidad de los polinomios ortogonales q n 2 L 2 (µ) = mín p(z)=z n + p 2 L 2 (µ) = 1 γn 2. (Da información sobre la densidad de μ) Se llama núcleo reproductor a la expresión n K n (z, w) = q k (z)q k (w). k=0 El núcleo reproductor proporciona el desarrollo ortogonal n-ésimo de una función mediante la expresión S n (f) = f(w)k n (z, w)dµ(w), f L 2 (µ). Σ

Extremalidad Extremalidad de los polinomios ortogonales q n 2 L 2 (µ) = mín p(z)=z n + p 2 L 2 (µ) = 1 γn 2. (Da información sobre la densidad de μ) Extremalidad del núucleo reproductor mín deg p n, p(z)=1 p 2 L 2 (µ) = 1 K n (z, z) y el mínimo se alcanza con el polinomio K n(w, z) K n (z, z). (Da información sobre la densidad de μ cerca de z)

La función de Christoffel Se llama función de Christoffel al valor extremal anterior. Es decir 1 λ n (z) =, n = 0, 1,... K n (z, z) Como λ n es decreciente, siempre existe y se puede escribir λ(z) = λ(z) = lím n λ n (z) [0, + ] k=0 1 q k (z) 2 = ínf p(z)=1 p 2 L 2 (µ)

La función de Christoffel Se llama función de Christoffel al valor extremal anterior. Es decir 1 λ n (z) =, n = 0, 1,... K n (z, z) La función de Christoffel contiene mucha información sobre la medida y el problema de momentos

La función de Christoffel Se llama función de Christoffel al valor extremal anterior. Es decir 1 λ n (z) =, n = 0, 1,... K n (z, z) Teorema de Szegő Si Σ = T y dµ(θ) = µ (θ) dθ 2π + µ s(θ), se cumple { 1 2π } λ(0) = exp log µ (θ) dθ. 2π 0 Se escribe µ S (clase de Szegő) si λ(0) > 0.

La función de Christoffel Teorema Si Σ = T, entonces λ(z) = µ{z}, z 1. Teorema de Maté, Nevai y Totik Si Σ = T y µ S, entonces lím nλ n(e iθ ) = µ (θ), n c.t.p. [0, 2π].

Relación entre el intervalo y el círculo Dada una medida µ soportada en [ 1, 1] puede definirse por proyección una medida asociada σ µ con soporte en T. Dado un boreliano E se define σ µ (E) = µ(ê), y se define de modo consistente cuando E forma parte de los dos hemisferios. Se tiene σ µ = 2 µ.

Relación entre el intervalo y el círculo Para toda función f continua en [ 1, 1] se cumple 1 2π f(cos θ) dσ µ (θ) = 1 1 f(x) dµ(x). 2π 0 π 1 σ µ(θ) = µ (cos θ) sin θ = µ (x) 1 x 2 dθ 2π dx π 1 x 2

Relación entre el intervalo y el círculo Para toda función f continua en [ 1, 1] se cumple 1 2π f(cos θ) dσ µ (θ) = 1 1 f(x) dµ(x). 2π 0 π 1 σ µ(θ) = µ (cos θ) sin θ = µ (x) 1 x 2 Se escribe µ S si σ µ S 1 1 log µ (x) 1 x 2 dx >.

Relación entre el intervalo y el círculo Para toda función f continua en [ 1, 1] se cumple 1 2π f(cos θ) dσ µ (θ) = 1 1 f(x) dµ(x). 2π 0 π 1 σ µ(θ) = µ (cos θ) sin θ = µ (x) 1 x 2 Existen relaciones explícitas entre los correspondientes polinomios ortogonales.

Relación entre el intervalo y el círculo Para toda función f continua en [ 1, 1] se cumple 1 2π f(cos θ) dσ µ (θ) = 1 1 f(x) dµ(x). 2π 0 π 1 σ µ(θ) = µ (cos θ) sin θ = µ (x) 1 x 2 La estructura del círculo es más rica en herramientas analíticas, lo que permite probar resultados que luego se trasladan al intervalo (No en el caso de los polinomios clásicos)

De nuevo la función de Christoffel Teorema Si Σ = [ 1, 1], entonces λ(z) = µ{z}, z C. Teorema de Maté, Nevai y Totik Si Σ = [ 1, 1], µ S y dµ(x) = w(x) entonces dx π 1 x 2 + µ s(x), lím nλ n(x) = w(x), c.t.p. [ 1, 1]. n

Fórmulas de cuadratura

Cuadraturas en la recta Sea t n (x) = n i=1 (x x i) un polinomio con raíces reales simples. El polinomio fundamental de Lagrange es L n,i (x) = t n (x) t, i = 1,..., n, n(x i )(x x i ) que cumple L n,i (x k ) = δ ik, i, k = 1,..., n. Dada cualquier función f definida en los ceros de t n, el polinomio interpolador de Lagrange de f es L n (x) = n f(x i )L n,i (x) i=1 que cumple L n (x k ) = f(x k ), k = 1,..., n.

Cuadraturas en la recta Dada la integral I[f] = Σ f(x) dµ(x), Σ R, una fórmula de cuadratura con n nodos I n [f] = n λ i f(x i ), x i Σ, i=1 se llama interpolatoria si es exacta en P n 1 = {p : deg p n 1}. Es decir, si I[p] = I n [p] para todo p con deg p n 1.

Cuadraturas en la recta Dados n nodos {x 1,..., x n } siempre se puede construir una cuadratura interpolatoria eligiendo de modo adecuado los coeficientes (pesos) de la fórmula. Teorema La fórmula de cuadratura I n es interpolatoria si y sólo si λ i = I n [L n,i ] I n [f] = I n [L n (f)] f

Cuadraturas en la recta Dados n nodos {x 1,..., x n } siempre se puede construir una cuadratura interpolatoria eligiendo de modo adecuado los coeficientes (pesos) de la fórmula. Teorema de Pólya Sean Σ = [a, b] y {I n } una sucesión de cuadraturas interpolatorias con pesos {λ n,i }. Entonces son equivalentes: lím I n [f] = I[f] para toda f C[a, b]. n n λ n,i M para todo n N. i=1

Cuadraturas en la recta Dados n nodos {x 1,..., x n } siempre se puede construir una cuadratura interpolatoria eligiendo de modo adecuado los coeficientes (pesos) de la fórmula. Teorema de Stieltjes-Steklov Sean Σ = [a, b] y {I n } una sucesión de cuadraturas interpolatorias con pesos positivos. Entonces para toda función acotada e integrable Riemann-Stieltjes se cumple lím I n[f] = I[f]. n

Cuadraturas en la recta Dados n nodos {x 1,..., x n } siempre se puede construir una cuadratura interpolatoria eligiendo de modo adecuado los coeficientes (pesos) de la fórmula. Cuadratura de Clenshaw-Curtis Sea Σ = [ 1, 1] y dµ(x) = dx. La cuadratura interpolatoria CC n con nodos en los extremos de los polinomios de Chebyshev más los puntos extremos, es decir, en los puntos ( ) k 1 cos n 1 π, k = 1, 2,..., n, tiene todos sus pesos positivos.

Cuadraturas en la recta Dados n nodos {x 1,..., x n } siempre se puede construir una cuadratura interpolatoria eligiendo de modo adecuado los coeficientes (pesos) de la fórmula. Que los pesos sean positivos implica convergencia de las cuadraturas y estabilidad numérica

Cuadratura gaussiana Para conseguir mayor grado de exactitud en la cuadratura es necesario elegir los nodos adecuadamente. Teorema Si t n denota el polinomio nodal y k = 1, 2,..., n, entonces (i) I n es interpolatoria I n es exacta en P n+k 1 (ii) t n, p = 0 p P k 1 El mayor grado de exactitud se alcanza para k = n que corresponde a la cuadratura gaussiana G n.

Cuadratura gaussiana Los coeficientes de la cuadratura gaussiana G n reciben el nombre de coeficientes de Christoffel ya que cumplen λ n,i = λ n (x n,i ) Ley del semicírculo (Se deduce de Máté-Nevai-Totik) Si Σ = [ 1, 1] y µ S, entonces lím n nλ n,i πµ (x n,i ) = 1 x 2 n,i.

Cuadratura gaussiana Qué ocurre cuando el intervalo de integración no está acotado? Puede probarse que el valor de la cuadratura gaussiana converge al valor de una integral correspondiente a una medida con los mismos momentos que µ.

Cuadratura gaussiana Qué ocurre cuando el intervalo de integración no está acotado? Teorema Si Σ = R y el problema de momentos para la medida µ está determinado, entonces lím G n[f] = I[f] n para toda función f continua en R que se anula en infinito.

Transformadas de Cauchy

Funciones de Markov y Stieltjes Se define la transformada de Cauchy de la medida µ como la función dµ(x) µ(z) = z x, z Σ. Σ La función µ es analítica en C \ Σ y se suele llamar función de Markov si Σ está acotado o de Stieltjes si no lo está. La función µ admite el desarrollo µ(z) = n=0 c n z n+1 donde {c n } son los momentos de la medida µ.

Aproximantes de Padé Si q n es el n-ésimo polinomio ortonormal respecto a la medida µ, se define el polinomio de segundo tipo p n 1 como q n (z) q n (x) p n 1 (z) = dµ(x). z x Σ Propiedades: (Ejercicios sencillos) p n 1 es un polinomio de grado a lo más n 1. p n 1 /q n es π n, el aproximante diagonal de Padé de µ. Si λ n,i son los coeficientes de Christoffel, se tiene π n (z) = p n 1(z) q n (z) = n i=1 λ n,i z x n,i.

Teorema de Markov Sea φ(z) = z z 2 1 donde z 2 1 > 1 si z > 1. La función φ es analítica en C \ [ 1, 1] y transforma el exterior de [ 1, 1] en el interior de T.

Teorema de Markov Sea φ(z) = z z 2 1 donde z 2 1 > 1 si z > 1. La función φ es analítica en C \ [ 1, 1] y transforma el exterior de [ 1, 1] en el interior de T. Teorema de Markov Supongamos que Σ = [ 1, 1] y sea K un subconjunto compacto de C \ [ 1, 1], entonces lím sup µ π n 1/2n K φ K. n

Demostración La sucesión {π n } es normal en C \ [ 1, 1] ya que π n (z) n i=1 λ n,i z x n,i µ d, z K, donde d=dist(k, [ 1, 1]) > 0.

Demostración La sucesión {π n } es normal en C \ [ 1, 1]. Se tiene lím n π n (z) = µ(z), z [ 1, 1], por la convergencia de la cuadratura gaussiana con f z (x) = 1/(z x), ya que I[f z ] = µ, I n [f z ](z) = n i=1 λ n,i z x = π n(z).

Demostración La sucesión {π n } es normal en C \ [ 1, 1]. Se tiene lím n π n (z) = µ(z), z [ 1, 1]. Si γ r = {z C : φ(z) = r} con r < 1, se tiene análogamente µ(z) π n (z) [φ(z)] 2n 2 µ dr 2n = M r 2n, z γ r = z K. Por el principio del máximo

Demostración La sucesión {π n } es normal en C \ [ 1, 1]. Se tiene lím n π n (z) = µ(z), z [ 1, 1]. Si γ r = {z C : φ(z) = r} con r < 1, se tiene análogamente µ(z) π n (z) [φ(z)] 2n 2 µ dr 2n = M r 2n, z γ r = z K. Por tanto µ π n K M φ 2n K r 2n. Y se concluye la demostración sacando la raíz 2n-ésima y tomando límites: cuando n y luego cuando r 1.

Teorema de Stieltjes Si Σ no está acotado pero el problema de momentos está determinado para la medida µ los dos primeros pasos de la demostración anterior son válidos. Teorema de Stieltjes Sea J el menor intervalo que contiene Σ y supongamos que el problema de momentos está determinado para la medida µ. Entonces lím n π n = µ, uniformemente en subconjuntos compactos de C \ J.

Problema de momentos determinado

Importancia Se necesita la determinación del problema de momentos para probar entre otros los siguientes resultados: La función de Christoffel recupera la medida. Los puntos del soporte de la medida atraen ceros de los polinomios ortogonales. Convergencia de la cuadratura gaussiana. Teorema de Stieltjes. Unicidad del teorema de Favard.

Caracterización Teorema Sea Σ = R y x 0 R tal que µ ({x 0 }) = 0. Son equivalentes: - λ(x 0 ) = 0. - El problema de momentos para µ es determinado. Medidas de Hermite y Laguerre - dµ(x) = e x2 dx π = - dµ(x) = e x x α dx Γ(α + 1) = q 2 n(0) = n=0 n=0 q 2 n(0) = m=1 (2m 1)!! (2m)!! = +. ( ) n + α = +. n n=1

Condiciones de Carleman Los polinomios ortogonales q n = γ n x n + satisfacen la relación de recurrencia xq n (x) = a n+1 q n+1 (x) + b n q n (x) + a n q n 1 (x), con q 1 0, q 0 1. El coeficiente a n verifica a n = xq n 1 (x), q n (x) = γ n 1 γ n > 0.

Condiciones de Carleman Teorema Sean Σ = R. Si n=1 1 a n = +, entonces el problema de momentos para µ es determinado. Se deduce una condición suficiente sobre los momentos empleando la desigualdad de Carleman n=1 1 2n c 2n e n=1 1 a n.

Condiciones de Carleman Teorema Sean Σ = R. Si n=1 1 a n = +, entonces el problema de momentos para µ es determinado. El problema de momentos es determinado si la medida no acumula mucho peso en infinito

Problemas de momentos El problema de momentos de Hamburger consiste en encontrar una medida soportada en R con los momentos dados. (Es al que nos hemos referido siempre hasta ahora.) El problema de momentos de Stieltjes consiste en encontrar una medida soportada en [0, + ) con los momentos dados. Problema de Hamburger determinado = Problema de Stieltjes determinado (El recíproco no es cierto)

Medidas con los mismos momentos Si en la integral + e t2 dt = π realizamos el cambio de variable t = log x n + 1, se llega a 2 + 0 x n e log2 x dx = π e (n+1)2 /4

Medidas con los mismos momentos Realizando el mismo cambio de variable en + e t2 sin(2πt) dt = 0 se llega a + 0 x n e log2 x sin(2π log x) dx = 0 Entonces las medidas absolutamente continuas en [0, + ) dµ λ (x) = e log2 x [1 + λ sin(2π log x)] dx, λ < 1, tienen los mismos momentos y los mismos polinomios ortogonales, que reciben el nombre de de Stieltjes-Wigert.

Propiedades asintóticas

Clasificación Los polinomios ortogonales satisfacen relaciones asintóticas de muy diverso tipo que en una primera aproximación pueden clasificarse en: Débil o de la raíz n-ésima. Fuera del soporte de µ Del cociente o de Nevai. Fuerte o de Szegő. Débil. Sobre el soporte de µ Asociada a la clase de Nevai. Fuerte o de Szegő.

Clases de medidas Sea en todos los casos Σ = [ 1, 1] el soporte de la medida µ. ψ(z) = 1/φ(z) = z + z 2 1 Se dice que µ es regular y se escribe µ Reg si lím n Si µ Reg se cumple n γn = 2. ( Por qué 2?) lím n n qn (z) = ψ(z) uniformemente en subconjuntos compactos de C \ [ 1, 1].

Clases de medidas Se dice que µ es regular y se escribe µ Reg si Si µ Reg se cumple lím n lím n n γn = 2. n qn (z) = ψ(z) uniformemente en subconjuntos compactos de C \ [ 1, 1]. Si µ Reg y K es compacto de C \ [ 1, 1], se cumple lím sup µ π n 1/2n K = φ K n

Clases de medidas Se dice que µ es regular y se escribe µ Reg si Si µ Reg se cumple lím n lím n n γn = 2. n qn (z) = ψ(z) uniformemente en subconjuntos compactos de C \ [ 1, 1]. Veremos que esta clase de medidas puede definirse también para el caso en que Σ sea un compacto de C. Y que si µ Reg la norma L 2 y la norma L son comparables.

Clases de medidas Se dice que µ pertenece a la clase de Nevai y se escribe µ N si los coeficientes a n y b n de la relación de recurrencia verifican Si µ N se cumple lím a n = 1 n 2, lím b n = 0. n q n+1 (z) lím = ψ(z), n q n (z) uniformemente en subconjuntos compactos de C \ [ 1, 1].

Clases de medidas Si µ S se cumple lím n q n (z) [ψ(z)] n = 1 1 2π H(φ(z)), uniformemente en subconjuntos compactos de C \ [ 1, 1]. La función H recibe el nombre de función de Szegő asociada a µ. { } 1 2π e iθ + z H(z) = exp 4π e iθ z log σ µ(θ) dθ. 0 µ S = µ > 0 c.t.p. = µ N = µ Reg (Teorema de Rakhmanov)

Principio general Se plantea un problema de aproximación racional de funciones analíticas. Los denominadores de los aproximantes satisfacen ciertas relaciones de ortogonalidad. Se aplican propiedades y comportamiento asintótico de polinomios ortogonales. Se prueba convergencia de los aproximantes racionales a la función.

Convergencia débil de medidas Sean µ n y µ medidas de Borel positivas soportadas en C. Las medidas de Borel positivas son los funcionales lineales positivos sobre C(C). Por tanto, la convergencia natural es la débil estrella de los espacios duales. Se escribe µ n µ si f(z) dµ n (z) = lím n f(z) dµ(z) para toda función f continua en C.

Convergencia débil de medidas Si µ n = 1 n n k=1 1 δ k/n, entonces lím n n n f(k/n) = k=1 1 0 f(x) dx y por tanto µ n dx en [0, 1]. n Dado un polinomio p(x) = (x x k ), la medida contadora k=1 de ceros normalizada µ p es la medida de probabilidad discreta µ p = 1 n δ xk. n El comportamiento de o(n) puntos no altera el límite débil estrella de una medida contadora. k=1

Convergencia débil de medidas Los ceros del polinomio de ( Chebyschev ) T n (x) = cos nθ, 2k 1 x = cos θ, son los puntos cos 2n π, k = 1,..., n. 1 lím n n n k=1 Por tanto µ Tn [ ( )] 2k 1 f cos 2n π = 1 π f(cos θ) dθ π 0 dx π 1 x 2 = 1 1 f(x) dx π 1 x 2.

Convergencia sobre el soporte Teorema Si µ Reg entonces µ qn dx π 1 x 2. Teorema Si µ N entonces q 2 n(x)dµ(x) dx π 1 x 2.

Convergencia sobre el soporte Si dµ(x) = w(x)dx π, entonces se tienen las fórmulas 1 x2 n λ n (x n,i )δ xn,i i=1 1 n n i=1 δ xn,i w(x)dx π 1 x 2 dx π 1 x 2 si w > 0 c.t.p. lím nλ n(x) = w(x) c.t.p. si µ S n Es un problema abierto importante tratar de probar la última fórmula bajo la hipótesis w > 0 c.t.p.

Convergencia sobre el soporte Teorema Si µ S, es absolutamente continua y µ es continua y positiva verificando una condición de continuidad tipo Lipschitz, se tiene 4 lím n 1 x 2 µ (x) q n (x) = 2 cos[nθ + γ(θ)], x = cos θ, π uniformemente en [ 1, 1], donde γ(θ) es el argumento que toma en T la función de Szegő asociada a µ. Los polinomios ortogonales clásicos, que son solución de una ecuación diferencial, satisfacen relaciones asintóticas más detalladas.

Convergencia sobre el soporte Teorema Si µ S, es absolutamente continua y µ es continua y positiva verificando una condición de continuidad tipo Lipschitz, se tiene 4 lím n 1 x 2 µ (x) q n (x) = 2 cos[nθ + γ(θ)], x = cos θ, π uniformemente en [ 1, 1], donde γ(θ) es el argumento que toma en T la función de Szegő asociada a µ. Relaciones asintóticas de los polinomios ortogonales tienen límites universales (no dependen de la medida)

Conclusión

Algunas ideas importantes para recordar Extremalidad de los polinomios ortogonales y del núcleo reproductor. No hay una correspondencia biunívoca entre una medida y sus momentos. La función de Christoffel recupera la medida en el caso determinado y da información sobre el problema de momentos. Jerarquía y clases de las relaciones asintóticas de los polinomios ortogonales.

Bibliografía Aptekarev, Buslaev, Martínez-Finkelshtein y Suetin, Padé approximants, continued fractions, and orthogonal polynomials, Russian Math. Surveys 66, (2011) 1049 1131. Freud, Orthogonal Polynomials, Akadémiai Kiadóo, Budapest 1971. Stahl y Totik, General Orthogonal Polynomials, Cambridge University Press, Cambridge 1992. Szegő, Orthogonal Polynomials, 4ª Ed., AMS Colloquium Publications XXIII, AMS, Providence, RI 1975.