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

Конспекты. Blackboard / Тема 5. Сплайны

.pdf
Скачиваний:
15
Добавлен:
25.04.2015
Размер:
686.51 Кб
Скачать

Задание:

Построить формулы для вычисления кубического нелокального сплайна через моменты для всех четырех типов краевых

условий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Указания.

 

 

 

x xi 2

 

 

x xi

3

 

S x yi

сi x xi ai

 

 

 

 

 

 

 

bi

 

 

,i 0,..., n 1;

2

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ai x xi bi

 

x xi 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

S x сi

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

bi x xi

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S x ai

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S xi

 

 

 

 

ai

Mi , S xi 1 ai bi hi 1 Mi 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bi Mi 1 Mi hi 1

21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S x

1

y с h

 

 

a

hi2 1

b

hi3 1

y

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

i

i i i 1

 

i

2

 

 

i

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

y

 

y

M

 

h2

 

 

M

i 1

M

i

h3

 

 

 

i 1

 

 

i

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

i

 

 

 

h

1

 

 

 

i 2h

 

 

 

 

h

 

6h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

i 1

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

yi 1 yi

 

 

hi 1

M

i 1

2M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

hi 1

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S xi сi 1 ai 1hi

bi 1

h 2

xi 1, xi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

, на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S xi сi

на xi , xi 1

22

§4 Задачи дифференцирования и интегрирования

1. Сплайн определен через наклоны.

S x yi

mi x xi

ai

x xi 2

 

2

 

 

 

S xi mi ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x xi

2

 

S x yi ai x xi

 

 

 

bi

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 x xi

 

yi 1 yi

 

2mi mi 1

 

 

mi

 

 

 

 

 

 

 

 

hi 1

 

 

hi 1

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bi x 6xi 3 ,i 0,..., n 1;

2

 

mi 1

 

 

 

6 x xi

mi

 

yi 1 yi

2

 

 

2

hi 1

,

hi 1

 

 

 

 

n 1

 

 

 

 

 

 

 

 

ab

S x dx xxi 1 S x dx

 

 

 

 

i 0

i

 

 

 

 

 

 

 

 

yi 1 yi

 

 

 

mi 1

 

 

 

 

 

h

 

mi

h2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

i 1

 

 

12

i 1

23

 

 

 

 

 

 

2. Сплайн определен через моменты.

 

 

 

 

 

Mi 1 Mi x xi 2

 

 

yi 1 yi

 

hi 1

2Mi Mi 1 Mi

x xi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S x

 

hi 1

 

 

6

hi 1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M i

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S xi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M i 1 M i

x xi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S x M i

 

 

hi 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ab S x dx xxi 1 S x dx,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 0

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yi 1 yi

 

h

 

Mi Mi 1

h3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

i 1

 

 

 

24

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24

§5 Метод монотонной прогонки

Aiui 1 Biui Ciui 1 Fi ,i 0,..., n

A0 0,Cn 0,

x

 

 

 

 

x

 

 

0

 

 

 

 

...

 

 

0

 

 

 

 

0

 

 

x

0

0 ...

x

x

0 ...

x

x

x ...

 

 

 

...

...

 

x

x

...

 

0

x

0

0

0

x x

25

прямой ход прогонки

ui i1ui1 i1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B0u0 C0u1 F0

A u B u C u

 

 

F

 

u0

 

C0

u1

F0

i

i i

 

i

i i

 

i

 

i1

 

i

 

 

 

 

ui

 

 

 

 

Ci

 

ui1

 

Fi i Ai

 

 

 

 

B0

 

B0

i

Ai

Bi

 

i Ai Bi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i1

 

 

 

 

 

 

 

 

i1

 

 

 

 

 

 

 

i1

 

Ci

 

 

 

 

 

 

 

F A

 

1,..., n 1

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

i i

i

i Ai

Bi

 

 

i1

 

 

 

A

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i i

 

i

 

 

 

 

 

1

 

C0

 

 

 

 

 

 

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B0

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

обратный ход прогонки

 

 

 

ui

i1ui1 i1

i n 1, n 2,...,0

un 1 nun n

un

 

 

Fn n An

 

Anun 1 Bnun Fn

 

Bn

n An

 

 

 

 

 

 

 

 

 

алгоритм:

 

 

 

 

 

 

 

1.

1, 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. i , i

i 2,..., n

 

 

 

 

 

 

3.

un

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. ui

i n 1, n 2,...,0

 

 

 

27

§6 Вычислительная устойчивость монотонной прогонки

 

Ai

 

0,Ci 0, A0 Cn

0,

 

i

 

1

 

 

 

 

 

Bi

 

 

 

Ai

 

 

 

Ci

 

,

i 0,..., n,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

условие монотонности

Ai

0,Ci 0, A0 Cn 0,

Bi

Ai Ci 0, i 0,..., n,

а) существование и единственность решения системы в) ни один знаменатель в формулах не равен нулю с) обеспечивается устойчивость счета по рекуррентным

формулам

28

1

C0

 

 

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

B0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

1,i 2,..., k

 

 

 

 

 

 

k 1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

Доказательство

k Ak Bk Bk k Ak Bk Ak Ck 0

знаменатель

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

числитель

 

если нет хотя бы одного строгого неравенства в определении

 

 

Bn n An

 

 

 

 

 

 

Вn

 

 

 

 

 

 

n

 

An

 

 

 

 

 

 

Вn

 

 

 

 

 

 

An

 

 

0,???

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bn n An

 

 

 

 

Вn

 

 

 

 

n

 

An

 

 

 

 

Вn

 

 

 

 

An

 

 

0,!!!

29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Устойчивость счета по рекуррентным формулам

 

 

i

 

1,i 1,..., n

ui i 1ui 1 i 1

 

 

 

Пусть при вычислениях по формулам

 

~

 

 

 

 

 

 

um 1 um 1 m 1

 

 

~

~

 

 

um

m 1um 1 m 1

 

m 1 um 1 m 1 m 1 um m 1 m 1

оценим погрешность

m

 

 

m

 

 

 

m 1

 

 

 

m 1

 

 

 

m 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30