Вычисление производной на основе интерполяционного многочлена Лагранжа
Вычисление производной на основе интерполяционного многочлена Лагранжа - раздел Математика, Математические модели и численные методы
Вычисление Производной На Основе Интерполяционного Многочлена...
Вычисление производной на основе интерполяционного многочлена Лагранжа применяется, когда аналитическое выражение функции y=f(x) не известно, а функция y=f(x) задана таблично.
Пусть функция y=f(x) определена на отрезке и в точках {xi} (i=0,1,2,…,n) этого отрезка принимает значения yi=f(xi).
Разность между соседними значениями аргумента xi постоянна и является шагом h=xi– xi-1 (i=1, …,n) разбиения отрезка на n частей, прием a=x0 и b=xn.
Найдем аппроксимации производной первого порядка с помощью значений функций yi в узловых точках xi.
Для того чтобы выразить значения производной через значения функции yi в узлах интерполяции xi, построим интерполяционный многочлен Лагранжа Lm(x) степени m, удовлетворяющий условиям
Lm(x)= f(xk)= yk (k=i, i+1, …, i+m), i+m£n
Многочлен Лагранжа Lm(x) интерполирует функцию f(x) на отрезке [xi, xi+m]. Дифференцируя многочлен Lm(x), получаем значения производной в точках {xi} (k=i, i+1, …, i+m).
Если m=2, то график интерполяционного многочлена Лагранжа L2(x) – парабола, проходящая через три точки (xi, yi), (xi+1, yi+1) и (xi+2, yi+2).
Вычислим первую производную многочлена L2(x) на отрезке [xi, xi+2]:
Производная многочлена L2(x) в точках xi, xi+1, xi+2 является приближением производной функции f(x) в этих точках:
(1)
Погрешности при вычислении производных в точках xi, xi+1, xi+2 определяются следующим образом:
(2)
Формулы (2) показывают, что погрешности аппроксимации первой производной с помощью формул (1) имеют один и тот же порядок O(h2), таким образом, можно вычислять производную на отрезке [a,b] в точках {xi} (i=0,1,2,…,n) при n³2 по формулам:
(3)
Полагаем, что значения производных и в точках х, близких к точкам xi, равны соответствующим значениям и .
Будем считать точку близкой к xi, если она принадлежит промежутку . Точки х, близкие к точкам xi, имеют одно и то же значение параметра
В зависимости от i при n³3 используем одну из формул (5).
Программа вычисления производной первого порядка на основе интерполяционного многочлена Лагранжа:
Математические модели и численные методы
Процесс решения задачи с использованием ЭВМ включает, как правило, следующие этапы:
1. Математическая постановка задачи и построение математической модели.
I. Графический способ отделения корней
а) Теорема.
Если на отрезке [a,b] функция y=F(x) определена и непрерывна, и на его концах принимает значения разных з
II. Отделения корней программным способом.
Пусть имеется уравнение F(x)=0, причем все корни находятся на отрезке [a,b]. Будем вычислять все значения функции y=F(x), начиная с точки x=a, двигаясь вправо шагом h
Метод половинного деления
Пусть 1) функция y=F(x) определена и непрерывна на отрезке [a,b].
2) F(a)F(b)<0
Требуется найти корень на отрезке с точностью ε.
Разделим отр
Метод хорд
Пусть 1) функция y=F(x) определена и непрерывна на отрезке [a,b].
2) F(a)F(b)<0
Требуется найти корень на отрезке с точностью ε.
В кач
Метод касательных
Пусть функция y=F(x) определена, непрерывна, монотонна и дифференцируема в некоторой окрестности корня.
Требуется найти корень на отрезке с точностью ε.
На k
Метод простой итерации
Заменим уравнение F(x)=0 равносильным уравнением x = f(x).
Теорема.
Пусть уравнение x=f(x) имеет единственный корень на отрезке [a,b] и выполнены услов
Оценка погрешности метода итераций
Пусть xn – приближение к истинному значению x* корня уравнения x=f(x).
Абсолютная ошибка Dxn=|x*-xn|.
Преобразование к итерационному виду
1) Универсальный способ приведения уравнения F(x)=0 к виду x=f(x).
Уравнение F(x)=0 приводится к равносильному уравнению x = x – m F(x), таким образом, f(x)
Постановка задачи
Рассмотрим систему m линейных уравнений с n неизвестными:
Ее можно записать в матричном виде A x = B
Метод Гаусса
Метод Гаусса относится к точным методам, однако вычислительная ошибка присутствует всегда (ошибка округления и, возможно, ошибка исходных данных).
Рассмотрим систему m линейных урав
Метод простой итерации
Функцию r(x,y), определяющую расстояние между точками x и y множества X назовем метрикой, если
1) r(x,y)³0
2) r(x,y)=0 x=y
Решение СЛУ методом Зейделя
При решении СЛУ методом простой итерации каждый шаг итерационного процесса состоит в переходе от уже имеющегося приближения значений неизвестных к новому приближению.
Основная идея метода
Постановка задачи
Пусть известны значения функции f в некоторых точках:
x
x0
x0
x0
Интерполяционный многочлен Лагранжа
Пусть функция задана таблицей (1). Построим интерполяционный многочлен Ln(x), чья степень не превосходит n, и для которого выполнены условия (2).
Вторая интерполяционная формула Ньютона
Вторая интерполяционная формула Ньютона применяется, когда значение аргумента ближе к концу отрезка интерполяции (формула для интерполирования назад). Интерполяционный многочлен ище
Вычисление производной по определению
Вычисление производной по определению применяется, когда известно аналитическое выражение функции y=f(x).
Пусть функция y=f(x) определена в некоторой окрестно
Численное интегрирование
Для вычисления определенного интеграла используется формула Ньютона-Лейбница: ,
где F(x) – одна из первообразных функции
Формула трапеций
Найдем коэффициенты формулы ,
где , i=0,1,…,n при n=1.
Формула Симпсона
Найдем коэффициенты формулы ,
где , i=0,1,…,n при n=2.
Метод Эйлера
В основе метода Эйлера лежит идея графического построения решения дифференциального уравнения, этот метод называется также методом ломаных Эйлера.
Угловой коэффициент касательной к интегра
Методы Рунге-Кутта
Численные методы решения задачи Коши , y(x0)=y0 на равномерной сетке {x0=a, x1, x
Постановка задачи
Пусть данные некоторого эксперимента представлены в виде таблицы:
xi
x1
x2
Новости и инфо для студентов