插值法和线性拟合 第三节

目录

2.1 插值多项式存在唯一性

2.2 Lagrange(拉格朗日)插值

 2.2.1 线性插值
 2.2.2 抛物插值
 2.2.3 Lagrange插值公式
 2.2.4 插值余项

2.3 Newton(牛顿)插值

 2.3.1 基函数
 2.3.2 差商的概念
 2.3.3 差商的性质
 2.3.4 Newton插值公式

2.4 Hermite(赫米特)插值

2.5 分段插值

 2.5.1 高次插值的Runge现象
 2.5.2 分段插值的概念
 2.5.3 分段线性插值
 2.5.4 分段三次Hermite插值

小结
习题

引用

共分五次
第一次 线性插值的唯一性和拉格朗日插值
第二次 牛顿插值
第三次 赫米特插值
第四次 分段插值
第五次 习题课和小结


\Large\mathbf{赫米特插值}


\large\mathbf{赫米特插值构造原理}
  在插值节点处,插值多项式不仅值等于原值,且若干阶导数值与插值节点值相同,这类插值称为Hermite插值,这种插值的拟合性对于函数变化较激烈的函数较好于Lagrange插值法。

[引入]设f(x)在节点x_0,x_1,,x_n上的函数值f(x_i)和导数值f^{'}(x_i)为已知,求作插值多项式H(x)使满足
\\H(x_i)=f(x_i) \qquad H^{'}(x_i)=f^{'}(x_i) \quad (x=0, 1, 2,...,n)
上式中有2n+2个约束条件,故可以确定一个次数不高于2n+1的多项式H(x),插值问题转化为构造多项式问题。

基于基函数构造

H(x)=\sum_ {i=0} ^{n} [y_i \alpha_i(x) + y^{'}_i\beta_i(x_i) ]
类似拉格朗日插值,\alpha_i(x_j)=1时i=j,否则为0
\beta_i^{'}(x_j)=1时,i=j,否则为0,且\beta_i(x_j)=0恒成立
Lagrange插值基函数l_i(x)=\prod\limits _{i\neq j j=0} ^{n} \frac{x-x_j}{x_i-x_j}
上式为n次多项式,故构造
\alpha_i(x)=(a_1+b_1x)*l_i ^2 (x) \tag{1}
\beta_i(x)=(a_2+b_2x)*l_i ^2 (x) \tag{2}
显然(1)中,仅当x=x_il_i ^2 (x)=1
\beta_i^{'}(x)=1时,对于插值节点,当且仅当x=x_i

\alpha_i(x_i)=(a_1+b_1x_i)*l_i ^2 (x)=1
\alpha_i ^{'}(x_i)=a_1l_i ^2 (x_i)+(a_1x_i+b_1)*2l_i(x_i)l_i ^{'} (x_i)=0
可得
a_1x_i+b_1=1
a_1+2l_i ^{'} (x_i)=0

a_1=-2l_i ^{'} (x_i) \qquad b_1=1+2x_1 l_i ^{'} (x_i)

l_{i}^{'}(x)=\sum\limits_ {k=0,k\neq i} ^{n} \frac{1}{x- x_k}
l_{i}^{'}(x_i)=\sum\limits_{k=0,k\neq i} ^{n} \frac{1}{x_i- x_k}

同理
设\beta_i(x)=(x-x_i)l_i ^{2}(x)
\beta_i ^{'}(x)=l_i ^{2}(x)+2l_i(x_i)l_i ^{'} (x_i)*(x-x_i)
当x=x_i时,\beta_i ^{'}(x)=1

插值余项

R_{2n+1}(x)=f(x)-H_{2n+1}= \frac{f^{(2n+2)}(\xi)} {(2n+2)!} \qquad \xi\in[a,b] 且与x的位置有关

基于此方法构造的插值多项式唯一


引用

《计算方法 第二版》崔国华 许如初

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
平台声明:文章内容(如有图片或视频亦包括在内)由作者上传并发布,文章内容仅代表作者本人观点,简书系信息发布平台,仅提供信息存储服务。

推荐阅读更多精彩内容