
- •И. Н. Двойцова вычислительная математика
- •Введение
- •1. Элементарная теория погрешностей; вычислительные задачи, методы и алгоритмы
- •1.1. Источники и классификация погрешностей результата численного эксперимента
- •1.2. Погрешности чисел
- •1.3. Погрешности арифметических операций
- •1.4. Погрешности функций
- •1.5. Особенности машинной арифметики
- •1.6. Лабораторная работа № 1. Определение абсолютной и относительной погрешностей приближенных чисел. Оценка погрешностей результата
- •1.7. Корректность вычислительной задачи
- •1.8. Обусловленность вычислительной задачи
- •1.9. Вычислительные методы, их классификация
- •2. Приближение функций
- •2.1. Задача приближения функций
- •2.2. Интерполяция обобщенными многочленами
- •2.3. Полиномиальная интерполяция. Многочлен Лагранжа
- •2.4. Погрешность интерполяции
- •2.5. Конечные разности и их свойства
- •Доказательство
- •2.6. Разделенные разности и их свойства
- •2.7. Интерполяционный многочлен Ньютона
- •2.8. Вычислительная схема Эйткена
- •2.9. Лабораторная работа № 2. Интерполирование и экстраполирование данных. Интерполяционный многочлен Лагранжа
- •2.10. Интерполяционный многочлен Ньютона с конечными разностями
- •2.11. Лабораторная работа № 3. Интерполирование и экстраполирование данных. Интерполяционный многочлен Ньютона
- •3. Метод наименьших квадратов и специальные интерполяционные многочлены
- •3.1. Постановка задачи и вывод формул метода наименьших квадратов
- •3.2. Лабораторная работа № 4. Аппроксимация функции по методу наименьших квадратов
- •3.3. Глобальная полиномиальная интерполяция
- •3.4. Чувствительность интерполяционного многочлена к погрешностям входных данных
- •4. Численное дифференцирование и численное интегрирование
- •4.1. Простейшие формулы численного дифференцирования для первой производной
- •4.2. Формулы численного дифференцирования для второй производной
- •4.3. Формулы численного дифференцирования, основанные на интерполяции алгебраическими многочленами
- •4.4. Обусловленность формул численного дифференцирования
- •4.5. Простейшие квадратурные методы численного интегрирования
- •4.6. Оценка погрешностей простейших квадратурных формул
- •4.7. Квадратурные формулы интерполяционного типа
- •4.8. Квадратурные формулы Гаусса
- •4.9. Лабораторная работа № 8. Численное дифференцирование и численное интегрирование функций
- •Ирина Николаевна Двойцова Вычислительная математика
- •660049, Красноярск, пр. Мира , 82
2.4. Погрешность интерполяции
Теорема
2.2. Пусть функция
дифференцируема
раз на отрезке
,
содержащем узлы интерполяции
Тогда для погрешности интерполяции в
точке
справедливо равенство
в котором
Последнюю
формулу несколько модернизируют. Так
как положение
точки
неизвестно, то
заменяют на
Тогда
Пример.
Вычислим значение
в предыдущем примере и оценим точность
полученного значения:
П
редставление
о типичном характере функции
дает график слева. При выходе
за пределы значений аргумента
быстро стремится к плюс бесконечности.
Несколько огрубляя оценку погрешности,
можно получить
,
где
.
В нашем случае
и
.
Сколь-нибудь достоверную оценку
здесь получить невозможно. Если
предположить
то
2.5. Конечные разности и их свойства
Пусть
функция
задана таблично
- шаг таблицы,
- узлы таблицы.
Величина
называется конечной разностью первого
порядка функции
в точке
с шагом
.
Конечная
разность порядка
функции
в точке
есть
Таким образом, конечная разность второго
порядка есть
Аналогичным
образом могут быть определены конечные
разности произвольного порядка.
Конечные разности чаще всего располагают в виде таблицы следующим образом:
-
...
...
...
Теорема
2.3.
-я
конечная разность выражается через
значения функции в
точке по формуле
,
где
.
(2.5.1)
В
частности уже получена
аналогично получаются формулы
Коэффициенты, входящие в эти формулы, можно взять из треугольника Паскаля.
Теорема
2.4. Пусть функция
дифференцируема
раз на отрезке
.
Тогда справедливо равенство
(2.5.2)