Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Аверянов Введение в оператсионные системы и основы программирования 2015

.pdf
Скачиваний:
4
Добавлен:
12.11.2022
Размер:
4.77 Mб
Скачать

 

 

 

 

 

 

 

Окончание таблицы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Функция

 

Тип

 

Тип аргумента

 

 

Действие

 

 

 

функции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Совпадает с

 

real любой

 

Значение

 

 

 

 

 

функции

 

cosh(X)

типом

 

поддерживаемой

 

 

 

 

аргумента

 

разновидности

 

гиперболического

 

 

 

 

 

косинуса

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Совпадает с

 

real и complex

 

Значение

 

exp(X)

типом

 

любой разно-

 

экспоненциальной

 

 

 

аргумента

 

видности

 

функции

 

 

 

Совпадает с

 

real и complex

 

Значение

 

 

 

 

 

функции

 

log(X)

типом

 

любой разно-

 

 

 

 

натурального

 

 

 

аргумента

 

видности

 

 

 

 

 

 

логарифма

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Совпадает с

 

real любой

 

Значение функ-

 

log10(X)

типом

 

поддерживаемой

 

ции десятичного

 

 

 

аргумента

 

разновидности

 

логарифма: X > 0

 

 

 

Совпадает с

 

real и complex

 

Значение

 

sin(X)

типом

 

любой разно-

 

 

 

 

функции синуса

 

 

 

аргумента

 

видности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Совпадает с

 

real любой

 

Значение

 

 

 

 

 

функции

 

sinh(X)

типом

 

поддерживаемой

 

 

 

 

аргумента

 

разновидности

 

гиперболического

 

 

 

 

 

синуса

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Совпадает с

 

real и complex

 

Значение

 

 

 

 

 

функции

 

sqrt(X)

типом

 

любой разно-

 

 

 

 

квадратного

 

 

 

аргумента

 

видности

 

 

 

 

 

 

корня

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Совпадает с

 

real любой

 

Значение

 

tan(X)

типом

 

поддерживаемой

 

 

 

 

аргумента

 

разновидности

 

функции тангенса

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Совпадает с

 

real любой

 

Значение

 

 

 

 

 

функции

 

tanh(X)

типом

 

поддерживаемой

 

 

 

 

аргумента

 

разновидности

 

гиперболического

 

 

 

 

 

тангенса

 

 

 

 

 

 

 

 

211

4. ТЕМЫ И ЗАДАЧИ ДЛЯ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

4.1.ПРОСТЫЕ ИНТЕРПОЛЯЦИОННЫЕ ПОЛИНОМЫ

4.1.1.Интерполяционные полиномы первой степени

Известно, что уравнение прямой на координатной плоскости представляет собой линейную функцию , где коэффициенты и известны (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Линейная функция

Теория интерполяции функций рассматривает уравнение прямой как одну из форм записи интерполяционного полинома первой степени в канонической форме:

. (4.1)

Это, в принципе, то же самое школьное уравнение прямой, с заменой ; , но значения и неизвестны, и их требуется найти по двум точкам, координаты которых известны.

Пусть на координатной плоскости

,

заданы две точки с из-

вестными

координатами

и

 

, где

(см.

рис. 4.1),

тогда для нахождения,

неизвестных,

коэффициентов

и

потребуется решить систему из двух алгебраических уравнений:

212

;

.. (4.2)

Уравнения (4.2) получаются подстановкой известных координат точек в выражение (4.1). Система (4.2) показывает, что для построения или функционального определения прямой необходимо и достаточно иметь на плоскости две точки с известными координа-

тами. Решение системы (4.2) дает значения коэффициентов

и :

;

 

.

(4.3)

 

Прямую, проходящую через две известные точки, можно представить полиномом в канонической форме (4.1) а также интерполяционными полиномами первых степеней в форме Лагранжа:

(4.4)

или в форме Ньютона:

. (4.5)

Нетрудно убедиться, что

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По аналогии с (4.6) доказывается, что

и, в конеч-

ном счете:

 

,

(4.7)

213

 

 

 

т.е. полином в канонической форме, полином Лагранжа и полином Ньютона – это разные, но абсолютно эквивалентные формы записи одного и того же выражения. В общем случае это справедливо как для полиномов первой степени, так и для полиномов всех целых положительных степеней.

4.1.2. Интерполяционные полиномы второй степени

Перейдем к рассмотрению интерполяционных полиномов второй степени. Из школьной программы известно уравнение параболы, заданной на координатной плоскости, которое представляет собой квадратичную функцию , где , и – известные коэффициенты (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Квадратичная функция

Интерполяционный полином второй степени в канонической форме

(4.8)

также представляет собой квадратичную функцию, с тем отличием,

что коэффициенты при степенях неизвестны.

 

 

Для нахождения неизвестных коэффициентов ,

и

необ-

ходимо решить систему трех алгебраических уравнений:

 

 

214

 

 

;

; (4.9)

.

Система (4.9) может быть получена при наличии трех точек с из-

вестными координатами:

в (4.8),

 

и

путем под-

становки значений этих координат, ,

. Решая систему,

(4.9) по-

лучаем значения коэффициентов:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

(4.10)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

Если для построения или функционального определения линей-

ной функции (полинома степени

) требуется две точки, то

для квадратичной функции (полинома

степени

 

) будет необ-

1

показать, что для

ходимо и достаточно трех точек. В общем можно

2

 

построения или функционального определения полинома степени

будет необходимо и достаточно

1

точек.

Помимо

полинома в

 

виде (4.8), квадратичная

 

каноническом

функция при наличии трех известных точек может быть представ-

лена также интерполяционными полиномами второй степени в форме Лагранжа

(4.11)

или в форме Ньютона:

(4.12)

.

215

Эквивалентность выражений интерполяционных полиномов второй степени

(4.13)

можно показать по аналогии с (4.7).

Задачи по теме «Простые итерационные полиномы»

Задача 4.1. Точки на одной прямой. На координатной плоско-

сти заданы две точки с координатами

Третья

точка, для которой известна только координата, и

, находится, .

на

той же прямой (рис. 4.3). Требуется определить координату третьей точки.

 

Рис. 4.3. Точки на одной прямой

Координату

вычислить при помощи двух разных интерполя-

ционных полиномов первой степени, указанных в варианте зада-

ния. Погрешность вычислений принять равной ε

0,01.

 

Варианты данных к задаче 4.1

4,83;

2,85

 

9,64

1.

0,38;

8,63

;

;

 

 

 

 

;

 

и

.

 

5,63;

0,95 ;

7,41;

2.

3,12;

4,56

;

 

и

.

 

 

 

 

 

216

3.

0,53;

1,92

;

2,73;

8,96

;

5,63

 

 

 

 

;

 

и

.

 

1,85;

3,89

 

5,34

4.

1,96;

9,01

;

;

 

 

 

 

;

 

и

.

 

2,34;

4,32

 

6,43

5.

1,23;

3,21

;

;

 

 

 

 

;

 

и

.

 

6,81;

8,51

 

8,64

6.

1,98;

2,96

;

;

 

 

 

 

;

 

и

.

 

0,74;

7,39

 

4,36

7.

1,03;

8,21

;

;

 

 

 

 

;

 

и

.

 

2,58;

9,32

 

6,34

8.

0,23;

4,21

;

;

 

 

 

 

;

 

и

.

 

3,16;

3,26

 

9,34;

9.

1,74;

7,21

;

;

 

и

.

 

 

 

 

 

Задача 4.2. Точки на одной параболе. На координатной плос-

кости заданы три точки с координатами , , и , и

,. Четвертая точка, для которой известна только координата

,находится на той же параболе (рис. 4.4). Требуется определить

координату четвертой точки.

 

Рис. 4.4. Точки на одной параболе

Координату

вычислить при помощи двух разных интерполя-

ционных полиномов второй степени, указанных в варианте зада-

ния. Погрешность вычислений

217

ε 0,01

.

 

принять равной:

 

Варианты данных к задаче 4.2

4,63;

0,95 ;

3,12;

1.

 

; 3,26;

;

4,56

;

2.

5,81

 

0,62;

7,41

3,28

;

и

.

;

6,32;

 

9,60

;

;

и4,67;

2,13.

3.

 

9,79

7,56

;

и6,26;

3,69.

;

7,87;

 

4,47

;

0,87;

;

4.

 

8,41

5,57

;

и2,90;

0,65.

;

4,21;

 

6,13

;

2,25;

;

5.

 

8,62

2,33

;

и3,55;

7,16.

;

4,98;

 

1,41

;

0,13;

;

6.

 

5,93

0,00

;

и3,34;

7,64.

;

8,84;

 

5,31

;

0,19;

;

7.

 

9,47

9,78

;

и4,07;

1,46.

;

6,21;

 

7,57

;

2,73;

;

8.

 

7,02

2,94

;

и5,91;

7,28.

;

6,14;

 

4,51

;

4,81;

;

9.

 

8,26

2,94

;

и4,86;

7,28.

;

5,39;

 

4,51

;

0,34;

;

 

 

6,78

 

 

 

 

 

 

Задача 4.3. Принадлежность точек одной прямой. На коорди-

натной плоскости двумя точками

 

и

определена

линейная функция. Требуется проверить,

,

принадлежат,

ли точки

,

и

,

этой линейной функции

(рис. 4.5).

 

 

Рис. 4.5. Принадлежность точек одной прямой

218

Проверку выполнить двумя способами, при помощи двух разных интерполяционных полиномов первой степени, указанных в

варианте задания. Погрешность вычислений: ε

0,01.

 

 

Варианты данных к задаче 4.3

 

8,13 ;

4,09;

 

1.

 

0,24;

7,81 ;

 

. 2,89;

 

8,27

;

 

6,69;

9,05

 

Проверочные полиномы

и

.

;

0,73;

4,20 ;

 

 

.3,09;

6,91 ;

5,68;

 

2.

 

 

 

8,59

 

 

7,58;

12,07

 

Проверочные полиномы

 

 

 

 

 

 

 

и.

 

3.

 

1,24;

7,51

;

 

. 2,09;

6,34 ;

3,89;

 

7,95

;

 

5,68;

 

1,40

Проверочные полиномы

и

.

;

2,65;

4,68

;

 

3,29;.

3,18 ;

4,34;

 

4.

 

 

0,72

 

 

5,72;

 

2,15

Проверочные

полиномы

 

 

 

 

 

 

 

 

и.

5.

 

0,61;

7,81 ;

 

. 1,83;

8,13 ;

5,35;

 

7,92

;

6,43;

5,12

Проверочные полиномы

 

 

 

 

и.

6.

 

2,04;

3,92 ;

3,18;.

6,15 ;

5,09;

 

10,01

;

8,89;

17,32

Проверочные

полиномы

 

 

 

 

и.

7.

4,32;

8,74 ;

5,49;.

2,13 ;

7,79;

 

17,95

;

9,78;

22,11

Проверочные полиномы

 

 

 

 

и.

Задача 4.4. Принадлежность точек одной параболе. На коор-

динатной плоскости тремя точками

и

оп-

ределена квадратичная функция. Требуется, , проверить,

, принадле, -

жат ли точки

и

двумя,

квадратичной функции (рис. 4.6).

Проверку выполнить,

способами,

при помощи двух раз-

ных интерполяционных полиномов второй степени, указанных в варианте задания. Погрешность вычислений: ε 0,01.

219

 

 

Рис. 4.6. Принадлежность точек одной параболе

 

 

 

Варианты данных к задаче 4.4

3,09;;

6,91

;

 

4,68; .

1.

8,59

; 0,73;

4,20 ;

 

 

2.

 

6,58;

 

10,44

8,57;

 

 

 

12,07

Проверочные полиномы

 

и

.

8,13

;

 

.4,09;

 

8,27

; 0,24;

7,81 ;

9,05

;2,89;

8,62

 

 

6,69;

 

 

7,21;

 

 

Прове-

рочные полиномы

и

 

.

3,29;;

3,18

;

 

4,34; .

3.

0,72

; 2,65;

4,68 ;

 

 

4.

 

5,72;

 

2,15

6,34;

 

 

 

3,96

Проверочные полиномы

 

и

.

8,13

;

 

.5,35;

5.

7,92

; 0,61;

7,81 ;

7,52

;1,83;

9,07

 

6,43;

 

 

7,55;

 

 

Прове-

рочные полиномы

и

 

.

;2,09;

6,34

;

 

3,89;.

 

7,95

; 1,24;

7,51 ;

1,40

 

 

 

5,68;

 

 

6,83;

 

22,52

Про-

верочные полиномы

и

.

5,49;;

2,13

;

 

7,79; .

6.

9,75

; 4,32;

8,74 ;

 

 

 

 

9,78;

 

38,39

11,33;

 

 

12,07

Проверочные полиномы

 

и

.

6,15

;

 

5,09; .

7.

 

2,04;;

3,92 ;

 

3,18;;

 

 

10,01

6,89;

 

17,32

9,83;

 

20,26

Проверочные полиномы

 

и

.

 

 

 

 

 

220