Конспекты. Blackboard / Тема 5. Сплайны
.pdf• 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