The impact of Stieltjes' work on continued fractions and orthogonal polynomials

Stieltjes' work on continued fractions and the orthogonal polynomials related to continued fraction expansions is summarized and an attempt is made to describe the influence of Stieltjes' ideas and work in research done after his death, with an emphasis on the theory of orthogonal polynomials

The Classical Moment Problem and Generalized Indefinite Strings

We show that the classical Hamburger moment problem can be included in the spectral theory of generalized indefinite strings. Namely, we introduce the class of Krein-Langer strings and show that there is a bijective correspondence between moment sequences and this class of generalized indefinite strings. This result can be viewed as a complement to the classical results of M. G. Krein on the connection between the Stieltjes moment problem and Krein-Stieltjes strings and I. S. Kac on the connection between the Hamburger moment problem and 2x2 canonical systems with Hamburger Hamiltonians.Comment: 25 page

The Truncated Matricial Stieltjes Moment Problem and Corresponding Matrix Balls

Die Fragestellung der Arbeit geht aus einem matriziellen Potenzmomentenproblem des folgenden Typs hervor: Für eine vorgegebene endliche Folge s0,...sm von q × q-Matrizen sind alle nicht-negativen Hermiteschen q × q-Maße σ auf Ω zu bestimmen, deren j-tes Moment für alle j=0,...,m-1 genau sj ist und deren m-tes Moment nichtnegativ hermitesch ist. Hier behandeln wir den Stieltjes-Fall Ω = [α, ∞) dieser Problemstellung. Die Lösungen dieses matriziellen Momentenproblems lassen sich in eindeutiger Weise mit gewissen holomorphen Matrixfunktionen, ihren sogenannten Stieltjes-Transformierten, identifizieren. Das Ziel der Betrachtungen dieser Arbeit ist, die Menge aller Werte zu charakterisieren, welche diese Stieltjes-Transformierten bei Auswertung in einem fixierten Punkt aus der oberen komplexen Halbebene annehmen können. Da sich jede Lösung eines Stieltjes-Momentenproblems so fortsetzen lässt, dass sie ein entsprechendes Hamburger-Momentenproblem löst, ist erwartbar, dass die Menge der Werte aller Stieltjes-Transformierten der Lösungen des Stieltjes-Momentenproblems in einem festen Punkt eine Teilmenge der Menge der Werte aller Stieltjes-Transformierten der Lösungen des Hamburger-Momentenproblems ist. An dieser Bemerkung anknüpfend besteht der Ansatz nun darin, das betrachtete Stieltjes-Momentenproblem auf zwei Momentenprobleme vom Hamburger-Typ zurückzuführen. Das erste der beiden ergibt sich auf natürliche Weise wie oben beschrieben. Das zweite ist einer Modifikation der vorgeschriebenen Datenfolge zuzuordnen, welche die linke Intervalgrenze des Integrationsgebiets [α, ∞) berücksichtigt. Die Menge der Werte, die von Stieltjes-Transformierten der Lösungen eines betrachteten Hamburger-Momentenproblems in einem festen Punkt angenommen werden können, stimmt mit einer Matrix-Kreisscheibe überein, deren Mittelpunkt, linker und rechter Halbradius explizit anhand der gegebenen Datenfolge ausgedrückt werden können. Ordnet man nun jedem der beiden Hamburger-Momentenprobleme, auf die das Stieltjes-Problem zurückgeführt wurde, die entsprechende Matrix-Kreisscheibe zu, so erhält man, dass die Menge, die zu charakterisieren unser Ziel ist, wie zu erwarten im Schnitt dieser beiden Matrix-Kreisscheiben liegt. Darüber hinaus zeigt sich, dass die Menge diesen Schnitt sogar ausfüllt. Der Beweis dieser Teilmengenbeziehung ist aufwendiger als die erste Richtung. Eine zentrale Rolle im Beweis nehmen gewisse Polynomsysteme mit Orthogonaleigenschaften ein. Bei der im Zentrum der Arbeit stehenden Untersuchung wurde ein Wert aus der oberen komplexen Halbebene fixiert, in welchem dann die Stieltjes-Transformierten der Lösungen eines Stieltjes-Problems ausgewertet wurden. Die analoge Fragestellung für die Wahl eines Punktes in (−∞, α) wurde zuvor mit unterschiedlichen Voraussetzungen in verschiedener Literatur behandelt. Der Fall, dass der Punkt in der unteren komplexen Halbebene liegen soll, lässt sich über ein Spiegelungsprinzip auf den Fall der oberen komplexen Halbebene zurückführen, womit dann alle Möglichkeiten, den Punkt zu fixieren, abgedeckt sind.:1. Introduction 2. Preliminaries and Notation 3. Special Classes of Matrix-Valued Functions 3.1. The Class Rq(Π+) of Matrix-Valued Herglotz-Nevanlinna Functions 3.2. Particular Subclasses of Rq(Π+) 3.3. Matrix-Valued Stieltjes Functions 4. Parameterization of Block Hankel Matrices and Related Sequences of Complex Matrices 4.1. The Sequence of H-parameters 4.2. The α-Stieltjes Parameterization 4.3. The α-Schur Transform 5. Some Considerations on Particular Matrix Polynomials 6. Special Rational Matrix-Valued Functions 7. Description of the Values of the Solutions of the Truncated Matricial Hamburger Moment Problem and Corresponding Matrix Balls 8. Pairs of Meromorphic Matrix-Valued Functions 8.1. Nevanlinna Pairs in Π+ 8.2. Nevanlinna Pairs in C \ R 8.3. Stieltjes Pairs in C \ [α, ∞) 9. A Special Quadruple of Matrix Polynomials 10. Further Identities for Matrix Polynomials 11. The [α, ∞)-Quadruple of Matrix Polynomials 12. Description of the Values of the Solutions of the Truncated Matricial Stieltjes Moment Problem and Corresponding Matrix Balls 12.1. First Discussion of the Corresponding Matrix Balls 12.2. Representation in the Case of an Odd Number of Prescribed Matricial Moments 12.2.1. Representation in the Case (sj )0j=0 of a Single Prescribed Matricial Moment 12.2.2. Explicit Connections 12.2.3. Representation as Intersection of two Matrix Balls 12.3. Representation in the Case of an Even Number of Prescribed Matricial Moments 13. Summary and Prospects A. Some Facts on Matrix Theory B. Some Facts on Orthogonal Projection Matrices C. Some Facts on the Integration Theory of Non-negative Hermitian Measures Nomenclatur

The fixed point for a transformation of Hausdorff moment sequences and iteration of a rational function

We study the fixed point for a non-linear transformation in the set of Hausdorff moment sequences, defined by the formula: $T((a_n))_n=1/(a_0+... +a_n)$. We determine the corresponding measure $\mu$, which has an increasing and convex density on $]0,1[$, and we study some analytic functions related to it. The Mellin transform $F$ of $\mu$ extends to a meromorphic function in the whole complex plane. It can be characterized in analogy with the Gamma function as the unique log-convex function on $]-1,\infty[$ satisfying $F(0)=1$ and the functional equation $1/F(s)=1/F(s+1)-F(s+1), s>-1$.Comment: 29 pages,1 figur

Variations of Stieltjes-Wigert and q-Laguerre polynomials and their recurrence coefficients

We look at some extensions of the Stieltjes-Wigert weight functions. First we replace the variable x by x^2 in a family of weight functions given by Askey in 1989 and we show that the recurrence coefficients of the corresponding orthogonal polynomials can be expressed in terms of a solution of the q-discrete Painlev\'e III equation. Next we consider the q-Laguerre or generalized Stieltjes-Wigert weight functions with a quadratic transformation and derive recursive equations for the recurrence coefficients of the orthogonal polynomials. These turn out to be related to the q-discrete Painlev\'e V equation. Finally we also consider the little q-Laguerre weight with a quadratic transformation and show that the recurrence coefficients of the orthogonal polynomials are again related to q-discrete Painlev\'e V.Comment: 19 page

Structured matrices, continued fractions, and root localization of polynomials

We give a detailed account of various connections between several classes of objects: Hankel, Hurwitz, Toeplitz, Vandermonde and other structured matrices, Stietjes and Jacobi-type continued fractions, Cauchy indices, moment problems, total positivity, and root localization of univariate polynomials. Along with a survey of many classical facts, we provide a number of new results.Comment: 79 pages; new material added to the Introductio