Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Решение.docx
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
114.71 Кб
Скачать

Эта сетка обладает рядом замечательных свойств. Так, если функция f(x) обладает непрерывной первой производной, то интерполяционный процесс на чебышевской сетке всегда сходится. Эта сетка также позволяет: 

- построить интерполяционный полином близкий к полиному наилучшего равномерного приближения и    - обеспечивает, в сравнении с равномерной сеткой, существенно более высокую устойчивость полинома к погрешностям задания исходных данных.       Однако, следует иметь в виду, что достоинства этой сетки не предопределяют абсолютную целесообразность её использования. Это связано с тем, что:    - она может оказаться не всегда удобной для вычисления соответствующих значений функции f(x)    - сходимость интерполяционного процесса может потребовать построения другой сетки.       В общем случае, для каждой функции существует своя система сеток, на которых интерполяционный процесс сходится.

1.1 Метод неопределенных коэффициентов построения интерполяционного полинома

Наиболее очевидным алгоритмом построения многочлена P(x) является нахождение его коэффициентов ai из системы уравнений

 , i = 0,1,...,n  

(4)

Поскольку матрица этой системы уравнений

(5)

является матрицей Вандермонда и её определитель, при не совпадающих xi , не равен нулю, то система ( 4 ) имеет решение и оно единственно. Отметим, что вычисление коэффициентов полинома посредством решения системы (4) в вычислительной практике используется крайне редко. Причиной этого является плохая обусловленность матрицы (5), приводящая к заметному росту погрешности в выполнении условий интерполирования уже при сравнительно невысоких порядках полинома. К этому следует добавить, что вычислительные затраты реализации метода пропорциональны n3. Алгоритмы Ньютона и Лагранжа более устойчивы к ошибкам округления и менее трудоемки.

1.2 Интерполяционный полином в форме Ньютона

Интерполяционный многочлен легко определяется если его построить в виде:

Pn(x) = С0 + С1(x - x0) + C2(x - x0) (x - x1) + ...+ Cn(x - x0)(x - x1) ... (x - xn-1)

(5)

Исходя из условия интерполяции (1) для коэффициентов Ci получим систему уравнений треугольного вида

f(x0) = С0 f(x1) = С0 + С1(x1 - x) f(x2) = С0 + С1(x1 - x) + C2(x2 - x)(x2 - x) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . f(x) = С0 + С1(xn - x0) + C2(xn - x0)(xn - x1) + ...+ Cn(xn - x0)(xn - x1) ... (xn- xn-1)

Из этой системы легко находятся:

   и так далее.

Величины, стоящие в правой части приведённых выше равенств, получили название разделённых разностей, соответственно, нулевого, первого и второго порядков. Для них приняты обозначения f[xi], f[x,xi-1], f[x,xi-1 ,xi-2] и т.д. С учётом этих обозначений выражение (5) можно переписать в виде:

Pn(x) = f[x0] + f[x,x0](x - x0) + f[x,x,x0](x - x0)(x - x1) + ...                                  + f[x,xn-1 ,...x0](x - x0)(x - x1)...(x - xn-1)

(6)

Можно показать, что

(7)

Выражения (6) и (7) определяют интерполяционный полином в форме Ньютона. Вычисление полинома в Ньютоновской форме удобно при последовательном дополнении сетки (n+2)-м узлом и наращивании порядка интерполяционного полинома. При этом необходимо вычислить лишь одно дополнительное слагаемое  f[xn+1 ,xn,...x0](x - x0)(x - x1)...(x - xn) в выражении (6).