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Sur des polynômes analogues aux polynômes de Bernoulli et sur des formules de sommation analogues à celle de MacLaurin-Euler. - MaRDI portal

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Sur des polynômes analogues aux polynômes de Bernoulli et sur des formules de sommation analogues à celle de MacLaurin-Euler. (Q1434871)

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scientific article; zbMATH DE number 2570242
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English
Sur des polynômes analogues aux polynômes de Bernoulli et sur des formules de sommation analogues à celle de MacLaurin-Euler.
scientific article; zbMATH DE number 2570242

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    Sur des polynômes analogues aux polynômes de Bernoulli et sur des formules de sommation analogues à celle de MacLaurin-Euler. (English)
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    1929
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    Die Zeichen \(Df = \dfrac{df}{dx}\), \(\varDelta f = f(x+1)-f(x)\) benutzend, erklärt Verf. die \textit{Bernoulli}schen Polynome zweiter Art \(\psi_n(x)\) durch die Ansätze \[ D\psi_n(x)={x \choose n-1}, \qquad\qquad (2)\qquad \varDelta\psi_n(x)=\psi_{n-1}(x). \tag{1} \] Aus ihnen bestimmen sich die Beiwerte \(b_i\) der Entwicklung \[ \psi_n(x) = \sum_{k=0}^{n} b_k {x \choose n-k} \] durch den Rücklauf \[ \sum_{k=0}^{n-1} \frac{(-1)^k b_k}{n-k} =0, \;b_0=1; \] \(b_0,b_1,\ldots\) sind von \(n\) unabhängig. Die \textit{Bernoulli}schen Polynome eignen sich zur näherungsweisen Integration einer durch das \textit{Newton}sche Polynom \[ N(x)=\sum_{k=0}^{n}\varDelta^k f(0) {x \choose k} \] ersetzten willkürlichen Funktion \(f(x)\): nach (1) wird \[ \int\limits_{a}^{b}N(x)\,dx= \sum_{k=0}^{n}\varDelta^k f(0) \left[\psi_{k+1}(b)-\psi_{k+1}(a)\right]. \] Ähnliches Ergebnis beim Ersätze von \(f(x)\) durch das \textit{Everet}sche Polynom. In beiden Fällen erhält man ein Gegenstück der \textit{Maclaurin-Euler}schen Summenformel. Verf. stellt dann die Entwicklung von \(f(x)\) nach den \textit{Bernoulli}schen Polynomen auf: \[ \begin{aligned} f(x)&=\sum_{k=0}^{n} c_k\psi_k(x)+R_{n+1},\quad c_k=\left[D\varDelta^{k-1} f(x)\right]_{x=0},\\ R_{n+1}&=\int\limits_{x}^{x+1}{t\choose n+1} \left[D_a D_t^{n+1}\Sigma f(a+\xi)\right]_{a=0}\,dt, \end{aligned} \] wo \(0<\xi<n\) oder \(0<\xi<t\). -Von des Verf. Beispielen seien folgende angeführt: \[ 2^x=(1+\psi_1+\psi_2+\ldots)\log 2; \tag{a} \] hieraus folgt \(\sum\limits_{k=0}^{\infty} b_k=(\log 2)^{-1}\). (b) Die Erzeugende der \textit{Bernoulli}schen Polynome bzw. der Beiwerte \(b_i\) ist \[ t(1+t)^x [\log(1+t)]^{-1}=\sum_{k=0}^{\infty}\psi_k(x)t^k, \quad t[\log(1+t)]^{-1}=\sum_{k=0}^{\infty} b_k t^k; \] hiernach ist \(\sum\limits_{k=0}^{\infty}|b_k|=2\). Über die \(\psi_n\) an sich beweist Verf. hauptsächlich folgende Sätze: (A) Es ist \[ \psi_n(\frac{1}{2}n-1+x)=(-1)^n\psi_n(\frac{1}{2}n-1-x). \] (B) Alle Wurzeln der Gleichung \(\psi_n(x) = 0\) sind reell und einfach, und sie liegen zwischen \(-1\) und \(n-1\). (C) Die Größtwerte von \(\psi_n(x)\) sind positiv, die Kleinstwerte negativ. Die Beträge der Äußerstwerte nehmen auf der Strecke von \(x =0\) bis \(x=\frac{1}{2}n-1\) ab. Zu den eine willkürliche Funktion \(f(x)\) betreffenden Fragen zurückkehrend, leitet Verf. bei ganzzahligem \(z-a\) die Formel her \[ \sum_{x=a}^{z} f(x)= \int\limits_{a}^{z}f(x)\,dx \sum_{k=1}^{2n}b_k [\varDelta^{k-1}f(z)-\varDelta^{k-1}f(a)]-b_{2n}(z-a)\varDelta^{2n}f(\eta) \tag{3} \] (wo \(a-1<\eta<z)\), -- wiederum ein Gegenstück zur \textit{Maclaurin-Euler}schen Summenformel, das aber statt der in dieser auftretenden Ableitungen der Funktion \(f(x)\) deren Differenzen aufweist. Verf. zeigt am Beispiel \(f(x)=x^{-1}\), daß die Entwicklung (3), als unendliche Reihe aufgefaßt, in Fällen konvergieren kann, in denen die \textit{Maclaurin-Euler}sche Summenformel divergiert. -- Bei der Durchrechnung dieses Beispiels ergeben sich beiläufig die Formeln \[ C=\sum_{k=1}^{\infty} \frac{|b_k|}{k}, \quad \log 2=1-\sum_{k=1}^{\infty}\frac{|b_k|}{k+1}, \] in deren erster \(C\) den \textit{Euler}schen Festwert bedeutet. Den Beschluß der Arbeit bilden zwei Zahlentafeln; in der ersten sind die Werte der Funktion \(\psi_k(x)\), \(k=1,\ldots,10\), für \(x=0\), 1, \dots,9, in der zweiten Werte der \(\psi_{2k}(x)\), \(k=1\), \dots, 5, für \(x=-5\), \(- 4\), \dots, 9 verzeichnet. Die Tafeln sind z.~B. bei den genannten näherungsweisen Integrationen nützlich. (IV~6~A.)
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