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尋找曲線的插值公式

可以進行曲線擬合

拉格朗日插值

拉格朗日插值是n次多項式插值,通過構造插值基函數成功地解決了求n次多項式插值函數的問題。

★基本思想是把要求解的n次多項式的插值函數pn(x)改寫成另壹個表達式,然後利用插值條件(1)確定待定函數,從而求出插值多項式。

牛頓插值

牛頓插值也是n次多項式插值,提出了另壹種構造插值多項式的方法。與拉格朗日插值相比,牛頓插值具有繼承性和易於改變節點的特點。

★基本思想是把要求解的N次插值多項式Pn(x)改寫成繼承形式,然後利用插值條件(1)確定Pn(x)的待定系數,以便找到所需的插值函數。

埃爾米特插值

Hermite插值利用插值節點上未知函數f(x)的函數值和導數值來構造插值多項式。其公式化為:給定n+1個不同節點的函數值和導數值x0,x1,...,xn,求2n+1次多項式(x

H2n+1(xk)=yk

H'2n+1(xk)=y'k k=0,1,2,…,⒀北部

上面得到的H2n+1(x)稱為2n+1次Hermite插值函數,壹般與插值函數關系更密切。

★基本思路

利用拉格朗日插值函數的構造方法,先設定函數形式,然後利用插值條件得到插值函數。

分段插值

插值多項式的余數公式表明,插值節點越多,誤差越小,函數越逼近越好。然而後來發現事實並非如此。比如取x=5-5/n點的插值函數,分別取n = 2,6,10,14,18計算f(。

從表中可以看出,誤差lRn(x)l不僅沒有隨著節點數N的增加而減小,反而不斷增加。這個例子最早是由龍格研究出來的,後來人們把這種節點加密但錯誤增加的現象稱為龍格現象。龍格現象的主要原因是,當節點數N較大時,對應壹個高階插值多項式,這種差異就積累“淹沒”了,以增加節點約簡的精度。龍格現象否定了高階插值的使用。

分段多項式插值定義為

定義2: a = x0

如果函數φ (x)滿足條件

I) φ (x)在[a,b]上是連續的

ii)φ(xr)= yR,R =0,1,…,n

Iii)每個單元之間的φ (x) zai [xR,xR+1]是m次多項式,

R=0,1,…,n-1,則φ (x)稱為f(x)在[a,b]上的分段m次插值多項式。

實際中,常用的是不超過5次的底部分段插值多項式。本節只介紹分段線性插值和分段三次Hermite插值,其中分段三次Hermite插值還需要分段插值函數φ (x)。

在節點上,它具有與插值函數f(x)相同的導數值,即

★基本思想是將插值函數f [x]的插值節點從小到大排序,然後在每對相鄰節點為端點的區間上用m次多項式逼近f [x]。

例子

例1已知f(x)=ln(x)的函數表為:

嘗試線性插值和拋物線插值計算f(3.27)的近似值,估計相應的誤差。

解決方法:線性插值需要兩個節點,插值比外推好。因為是3.27 (3.2,3.3),所以選擇x0=3.2,x1=3.3,n=1的拉格朗日插值公式有

因此,為了保證拋物線的插值,選取三個節點為x0 = 3.2,x1 = 3.3,x2 = 3.4,n=2的拉格朗日插值公式如下

所以有

因此,線性插值計算ln3.27的誤差估計為

因此,拋物線插值計算ln3.27的誤差估計為:

顯然,拋物線插值比線性插值更精確。

樣條插值

樣條插值是壹種改進的分段插值。

定義了如果函數給定壹個節點a = x0

⒈ S(xj)=yj,j=0,1,2,…,n;

插值方法主要用於許多工程領域的優化方法,如道路橋梁、機械設計、電子信息工程等。

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