Tính chất của các đa thức Un(x)

Một phần của tài liệu (LUẬN văn THẠC sĩ) phương trình đa thức lượng giác và một số dạng toán liên quan (Trang 31 - 34)

Tính chất 2.7. Với mọix∈(−1,1), ta cóUn(x) = sin(n√arccosx)

1−x2 .

Tính chất 2.8. Un(x) = 1 nT

0

n(x).

Chứng minh. Theo tính chất 2.1, đa thứcTn(x) =cos(narccosx). Suy ra

Tn0(x) = nsin(n√ arccosx) 1−x2 =nUn(x). Tính chất 2.9. a) Un(x)là đa thức, bậcn−1, hệ số bậc cao nhất là 2n−1. b) Un(x)là hàm chẵn nếun lẻ và là hàm lẻ nếun chẵn. Chứng minh. Ta cóUn(x) = 1 nT 0 n(x).

Theo Tính chất 2.1 và Tính chất 2.2 của đa thứcTn(x), ta suy ra điều phải chứng minh.

Tính chất 2.10.

|Un(x)| ≤n, ∀x∈(−1,1).

Chứng minh. Với mỗix∈(−1,1), ta đặtx=cost, ∀t ∈(0,π). Khi đó Un(x) = sin(n√arccosx)

1−x2 = sinnt sint .

Bằng phương pháp quy nạp theo n ta chứng minh được |sinnt| ≤n|sint|. Vậy

Tính chất 2.11. Đa thứcUn(x)có đúngn−1nghiệm phân biệt khác nhau trong khoảng(−1,1). Chứng minh. Theo Tính chất 2.8, ta cóUn(x) = 1 nT 0 n(x). Mà Tn(x) là đa thức có n nghiệm phân biệt trên (−1,1), Tn(x) liên tục và khả vi trên (−1,1), nên theo Định lí Roll thìTn0(x)có(n−1)nghiệm phân biệt trong(−1,1).

Bài toán 2.5. Chứng minh rằng với mọin∈N∗, ∀x∈(−1,1)thì

Un(x) =xUn−1(x) +Tn−1(x).

Lời giải. Với mọi x ∈ (−1,1), ta đặt x = cost, t ∈ (0,π). Ta có Un(x) = sinnt

sint , Tn(x) =cosnt.

Do đó

Un(x)−xUn−1(x) = sinnt

sint −costsin(n−1)t

sint

= sinnt−sinntcos2t+cosntsintcost sint

= sinnt(1−cos2t) +cosntsintcost sint

=sinntsint+cosntcost =cos[(n−1)t] =Tn−1(x).

Suy raUn(x) =xUn−1(x) +Tn−1(x), ∀x∈(−1,1).

Bài toán 2.6. Chứng minh rằng

Tn+1(x) =xTn(x)−(1−x2)Un(x), ∀x∈(−1,1), ∀n∈N.

Lời giải. Với∀x∈(−1,1), ta đặtx=cost, t ∈(0,π).

Do vậy ta có

Tn+1(x) + (1−x2)Un(x) =cos[(n+1)t] +sin2tsinnt sint

=cosntcost−sinntsint+sinntsint =cosntcost=xTn(x).

Bài toán 2.7. Chứng minh rằng

(1−x2)Un00(x)−3xUn0(x) + (n2−1)Un(x) =0, ∀n∈N,∀x∈(−1,1).

Lời giải. Với mọi x∈(−1,1), ta cóUn(x) = sin(n√arccosx)

1−x2 . Suy ra Un0(x) = −ncos(narccosx) 1−x2 + xsin(narccosx) (1−x2)√ 1−x2. Un00(x) =−n2sin(narcsinx) (1−x2)√ 1−x2 −3nxcos(narccosx) (1−x2)2 + sin(narccosx) (1−x2)√ 1−x2+3x 2sin(narccosx) (1−x2)2√ 1−x2 . Do đó(1−x2)Un00(x)−3xUn0(x) + (n2−1)Un(x) =0.

Bài toán 2.8. Chứng minh rằng với∀x∈(−1,1), ∀m,n∈Nthì a) Tm−n(x) +Tm+n(x) =2Tm(x)Tn(x)

b) Tm(Tn(x)) =Tmn(x).

Lời giải.

a) Với x∈(−1,1), nếu đặtx=cost, vớit∈(0,π)thì ta cóTn(x) =cosnt, khi đó

Tm−n(x) +Tm+n(x) =cos[(m−n)t] +cos[(m+n)t] =2 cosmtcosnt=2Tm(x)Tn(x).

b) Ta chứng minh bằng phương pháp quy nạp

Vớim=0ta có T0(Tn(x)) =1=T0.n(x).Vây b) đúng với m=0, ∀n∈N.

Giả sử b) đúng tới m. Khi đó ta có

Tm+1(Tn(x)) =2Tn(x)Tm(Tn(x))−Tm−1(Tn(x)) =2Tn(x)Tmn(x)−T(m−1)n(x) =Tmn+n(x)−Tmn−n(x)−Tmn−n(x) =T(m+1)n(x).

Bài toán 2.9. Chứng minh rằng mọi đa thức f(x) bậcn(n≥1)đều có thể biểu diễn dưới dạng

f(x) =a0+a1T1(x) +a2T2(x) +· · ·+anTn(x) (an6=0) và cách biểu diễn này là duy nhất.

Lời giải. Ta có Tn(x)là đa thức bậc ncó hệ số cao nhất là 2n−1 nên ta có Tn(x) =2n−1xn+ϕ(x) (vớiϕ(x)là đa thức bậc nhỏ hơnn) Suy raxn = 1

2n−1Tn(x)− 1

2n−1ϕ(x).

Bằng phương pháp quy nạp toán học ta chứng minh được f(x) =a0+a1T1(x) +a2T2(x) +· · ·+anTn(x).

Bây giờ ta đi chứng minh tính duy nhất. Giả sử f(x) =a0+a1T1(x) +a2T2(x) +· · ·+anTn(x) =a00+a01T1(x) +a20T2(x) +· · ·+a0nTn(x). Khi đó ta có 0= (a0−a00) + (a1−a01)T1(x) +· · ·+ (an−a0n)Tn(x) với∀x∈R. Nghĩa là (a0−a00) = (a1−a10) =· · ·= (an−a0n) =0. Suy raa0=a00; a1 =a01; . . .; an=a0n.

Một phần của tài liệu (LUẬN văn THẠC sĩ) phương trình đa thức lượng giác và một số dạng toán liên quan (Trang 31 - 34)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(69 trang)