Аверянов Введение в оператсионные системы и основы программирования 2015
.pdf
|
|
|
|
|
|
|
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