數值分析 插值

2022-10-11 03:27:10 字數 1506 閱讀 4345

存在以及唯一性定理:如果存在有\(1n+\)個不重複的點\((x_0,y_0),(x_1,y_1),...,(x_n,y_n)\),那麼一定存在且只有一組係數\(a_1,a_2...a_n\)使得

\[p(x)=a_0+a_1x+a_2x^2+...+a_nx^n

\]成立。

存在性證明:

首先引入\(lagrange\ polynomials\)即拉格朗日多項式

\[l_i(x)=\prod_^n\frac,\ \ \text\ i\in\

\]那麼我們可以得出:

\[l_\left(x_\right)=\left\

1 & \text i=k \\

0 & \text

\end\right\}=\delta_

\]所以 \(p(x)=\sum_^ny_kl_k(x)\), 滿足\(p\left(x_\right)=y_\) for all \(i \in\\)。就是我們要求的多項式

唯一性證明:

假設我們找到了兩組多項式\(p\)和\(q\),那麼\(p(x_i)=q(x_i)=y_i\)。令\(r(x)=p(x)-q(x)\),則\(r(x)\)滿足\(r(x_i)=0\), for all \(i \in\\)。

由於無論是\(p(x)\)還是\(q(x)\)度最多就只有\(n\)也就是說\(r(x)\)的度最大就是\(n\),但是\(r(x)=0\)卻有\(n+1\)個解。因此\(r(x)=0\)。

儘管在上面的正名之中,我們已經得出了\(p(x)=\sum_^n l_k(x)y_k\),但是在實際之中幾乎沒有人會使用\(lagrange\ polynomials\)來求解多項式插值。原因主要有以下兩點

newton多項式的引數\(b\)如下所示:

\[n_i(x)=\prod_^(x-x_j)

\]多項式如下所示:

\[p(x)=\sum_^nb_in_i(x)

\]我們需要迭代地解出\(b_i\),迭代的方法如下所示

\[\begin

y_=p\left(x_\right) &=b_ \\

y_=p\left(x_\right) &=b_+b_\left(x_-x_\right) \\

& \vdots \\

y_=p\left(x_\right) &=b_+b_\left(x_-x_\right)+\ldots+b_\left(x_-x_\right) \ldots\left(x_-x_\right)

\end

\]假設\((x_0,y_0),(x_1,y_1)...\)是若干點,有兩個函式\(f\),\(g\)滿足

然後我們就可以建立起乙個新的divided-difference函式

\[h(x)=f(x)+\frac-x_}\left(x-x_\right)

\]該函式滿足:

\(h\left(x_\right)=y_\) for all \(i \in\\)。

數值分析 插值 牛頓插值法

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