【数值分析】Hermite插值

news2024/11/29 10:39:17

4. Hermite插值

理论和应用中提出的某些插值问题,要求插值函数 p ( x ) {p(x)} p(x) 具有一定的光滑度,即在插值节点处满足一定的导数条件,这类插值问题称为Hermite插值问题。题目大多以三次Hermite插值为主。三次Hermite插值需要四个条件,二次Hermite插值需要三个条件,分类如下:
在这里插入图片描述

4.1 待定系数法求Hermite插值

Hermite插值我们一定会知道给定点的函数值,和某些点的导数值。由多项式插值得到的插值函数是唯一的,我们可以先用已知点构造拉格朗日或牛顿插值,得到一部分插值多项式,再根据导数值往插值多项式加入待定系数项,并代入导数值求解。这种方法比后两种快很多。

[!example]-
已知
x ∣ ∣ 0 ∣ 1 ∣ 2 ∣ = = = = = = = = f ( x ) ∣ ∣ 5 ∣ 3 ∣ 9 ∣ − − − − − − − − f ′ ( x ) ∣ ∣ − 4 ∣ 0 ∣ ∣ \begin{array}{cccccc} x&||& 0 &|& 1 &|& 2 &| \\=&=&=&=&=&=&=&=\\ f(x)&||& 5 &|& 3 &|& 9 &| \\ -&-&-&-&-&-&-&- \\ f'(x) &||& -4 &|&0 &|& &| \\ \end{array} x=f(x)f(x)∣∣=∣∣∣∣0=54=1=30=2=9=
用已知的五个条件求四次Hermite插值多项式。
解:先用三个点的函数值求拉格朗日插值多项式
L ( x ) = 5 ( x − 1 ) ( x − 2 ) ( 0 − 1 ) ( 0 − 2 ) + 3 ( x − 0 ) ( x − 2 ) ( 1 − 0 ) ( 1 − 2 ) + 9 ( x − 0 ) ( x − 1 ) ( 2 − 0 ) ( 2 − 1 ) = 4 x 2 − 6 x + 5 \begin{align*} L(x)=&5 \frac{(x-1)(x-2)}{(0-1)(0-2)}+3 \frac{(x-0)(x-2)}{(1-0)(1-2)}+9 \frac{(x-0)(x-1)}{(2-0)(2-1)} \\ \\ =&4x^2-6x+5 \end{align*} L(x)==5(01)(02)(x1)(x2)+3(10)(12)(x0)(x2)+9(20)(21)(x0)(x1)4x26x+5

H ( x ) = L ( x ) + ( a x + b ) ( x − 0 ) ( x − 1 ) ( x − 2 ) H ′ ( x ) = 8 x − 6 + 4 a x 3 + ( 3 b − 9 a ) x 2 + ( 4 a − 6 b ) x + 2 b H ′ ( 0 ) = − 6 + 2 b = − 4 H ′ ( 1 ) = 2 + 4 a + 3 b − 9 a + 4 a − 6 b + 2 b = 2 − a − b = 0 \begin{align*} H(x)=&L(x)+(ax+b)(x-0)(x-1)(x-2)\\ \\ H'(x)=&8x-6+4ax^3+(3b-9a)x^2+(4a-6b)x+2b \\ \\ H'(0)=&-6+2b=-4 \\ \\ H'(1)=&2+4a+3b-9a+4a-6b+2b=2-a-b=0 \end{align*} H(x)=H(x)=H(0)=H(1)=L(x)+(ax+b)(x0)(x1)(x2)8x6+4ax3+(3b9a)x2+(4a6b)x+2b6+2b=42+4a+3b9a+4a6b+2b=2ab=0
∴ a = 1    ,    b = 1 \therefore a=1 \,\,,\,\, b=1 a=1,b=1
H ( x ) = x 4 − 2 x 3 + 3 x 2 − 4 x + 5 H(x)=x^4-2x^3+3x^2-4x+5 H(x)=x42x3+3x24x+5

4.2 两点三次Hermite插值

确定三次插值多项式 H 3 ( x ) {H_3(x)} H3(x) 使满足:
H 3 ( x 0 ) = f ( x 0 ) = y 0    ,    H 3 ( x 1 ) = f ( x 1 ) = y 1 H 3 ′ ( x 0 ) = f ′ ( x 0 ) = y 0 ′    ,    H 3 ′ ( x 1 ) = f ′ ( x 1 ) = y 1 ′ \begin{align*} H_3(x_0)=f(x_0)=y_0 \,\,,\,\, H_3(x_1)=f(x_1)=y_1 \\ \\ H_3'(x_0)=f'(x_0)=y_0' \,\,,\,\, H_3'(x_1)=f'(x_1)=y_1' \end{align*} H3(x0)=f(x0)=y0,H3(x1)=f(x1)=y1H3(x0)=f(x0)=y0,H3(x1)=f(x1)=y1
方法:基函数法,基函数为三次多项式。
步骤:

  1. H 3 ( x ) {H_3(x)} H3(x) H 3 ′ ( x ) {H_3'(x)} H3(x) 的表达式
    H 3 ( X ) = ϕ 0 ( x ) y 0 + ϕ 1 ( x ) y 1 + ψ 0 ( x ) y 1 ′ + ψ 1 ( x ) y 1 ′ (1) H_3(X)= \phi_0(x)y_0+\phi_1(x)y_1+\psi_0(x)y_1'+\psi_1(x)y_1' \tag{1} H3(X)=ϕ0(x)y0+ϕ1(x)y1+ψ0(x)y1+ψ1(x)y1(1)
    H 3 ′ ( X ) = ϕ 0 ′ ( x ) y 0 + ϕ 1 ′ ( x ) y 1 + ψ 0 ′ ( x ) y 1 ′ + ψ 1 ′ ( x ) y 1 ′ (2) H_3'(X)= \phi_0'(x)y_0+\phi_1'(x)y_1+\psi_0'(x)y_1'+\psi_1'(x)y_1' \tag{2} H3(X)=ϕ0(x)y0+ϕ1(x)y1+ψ0(x)y1+ψ1(x)y1(2)
  2. 根据表达式列表
    将 x 0 代入 ( 1 ) 将 x 1 代入 ( 1 ) 将 x 0 代入 ( 2 ) 将 x 1 代入 ( 2 ) ϕ 0 ( x 0 ) = 1 ϕ 0 ( x 1 ) = 0 ϕ 0 ′ ( x 0 ) = 0 ϕ 0 ′ ( x 1 ) = 0 ϕ 1 ( x 0 ) = 0 ϕ 1 ( x 1 ) = 1 ϕ 1 ′ ( x 0 ) = 0 ϕ 1 ′ ( x 1 ) = 0 ψ 0 ( x 0 ) = 0 ψ 0 ( x 1 ) = 0 ψ 0 ′ ( x 0 ) = 1 ψ 0 ′ ( x 1 ) = 0 ψ 1 ( x 0 ) = 0 ψ 1 ( x 1 ) = 0 ψ 1 ′ ( x 0 ) = 0 ψ 1 ′ ( x 1 ) = 1 \begin{array}{cccccc} 将 x_0 代入(1) & 将 x_1 代入(1) & 将 x_0 代入(2) & 将 x_1 代入(2) \\ \\ \phi_0(x_0)=1 & \phi_0(x_1)=0 & \phi_0'(x_0)=0 & \phi_0'(x_1)=0 \\ \\ \phi_1(x_0)=0 & \phi_1(x_1)=1 & \phi_1'(x_0)=0 & \phi_1'(x_1)=0 \\ \\ \psi_0(x_0)=0 & \psi_0(x_1)=0 & \psi_0'(x_0)=1 & \psi_0'(x_1)=0 \\ \\ \psi_1(x_0)=0 & \psi_1(x_1)=0 & \psi_1'(x_0)=0 & \psi_1'(x_1)=1 \\ \\ \end{array} x0代入(1)ϕ0(x0)=1ϕ1(x0)=0ψ0(x0)=0ψ1(x0)=0x1代入(1)ϕ0(x1)=0ϕ1(x1)=1ψ0(x1)=0ψ1(x1)=0x0代入(2)ϕ0(x0)=0ϕ1(x0)=0ψ0(x0)=1ψ1(x0)=0x1代入(2)ϕ0(x1)=0ϕ1(x1)=0ψ0(x1)=0ψ1(x1)=1
  3. 求基函数
    ϕ 0 {\phi_0} ϕ0 来说,有一个二重零点 x 1 {x_1} x1 ,再设一个零点,有
    ϕ 0 ( x ) = ( x − x 1 ) 2 ( a x + b )    ,    ( 代入   ϕ 0 ( x 0 ) = 1 , ϕ 0 ′ ( x 0 ) = 0   求   a , b ) \phi_0(x)=(x-x_1)^2(ax+b) \,\,,\,\, (代入\, \phi_0(x_0)=1,\phi_0'(x_0)=0\,求\,a,b) ϕ0(x)=(xx1)2(ax+b),(代入ϕ0(x0)=1,ϕ0(x0)=0a,b)
    ϕ 1 {\phi_1} ϕ1 来说,有一个二重零点 x 0 {x_0} x0 ,再设一个零点,有
    ϕ 1 ( x ) = ( x − x 0 ) 2 ( a x + b )    ,    ( 代入   ϕ 1 ( x 1 ) = 1 , ϕ 1 ′ ( x 1 ) = 0   求   a , b ) \phi_1(x)=(x-x_0)^2(ax+b) \,\,,\,\, (代入\, \phi_1(x_1)=1,\phi_1 '(x_1)=0\,求\,a,b) ϕ1(x)=(xx0)2(ax+b),(代入ϕ1(x1)=1,ϕ1(x1)=0a,b)
    ψ 0 {\psi_0} ψ0 来说,有一个一重零点 x 0 {x_0} x0 ,有一个二重零点 x 1 {x_1} x1
    ψ 0 ( x ) = c ( x − x 0 ) ( x − x 1 ) 2    ,    ( 代入   ψ 0 ′ ( x 0 ) = 1   求出   c ) \psi_0(x)=c(x-x_0)(x-x_1)^2 \,\,,\,\, (代入 \, \psi_0'(x_0)=1\,求出\,c) ψ0(x)=c(xx0)(xx1)2,(代入ψ0(x0)=1求出c)
    ψ 1 {\psi_1} ψ1 来说,有一个一重零点 x 1 {x_1} x1 ,有一个二重零点 x 0 {x_0} x0
    ψ 1 ( x ) = c ( x − x 1 ) ( x − x 0 ) 2    ,    ( 代入   ψ 1 ′ ( x 1 ) = 1   求出   c ) \psi_1(x)=c(x-x_1)(x-x_0)^2 \,\,,\,\, (代入 \, \psi_1'(x_1)=1\,求出\,c) ψ1(x)=c(xx1)(xx0)2,(代入ψ1(x1)=1求出c)
    还需要知道基函数的导数形式以方便求解,若
    ϕ ( x ) = ( x − x i ) 2 ( a x + b ) = 1 \phi(x)=(x-x_i)^2(ax+b)=1 ϕ(x)=(xxi)2(ax+b)=1
    ϕ ′ ( x ) = 2 ( x − x i ) ( a x + b ) + a ( x − x i ) 2 = 0 \begin{align*} \phi'(x)=& 2(x-x_i)(ax+b)+a(x-x_i)^2=0 \end{align*} ϕ(x)=2(xxi)(ax+b)+a(xxi)2=0
    解得
    a = − 2 ( x − x i ) 3 b = ( 3 x − x i ) ( x − x i ) 3 \begin{align*} a= &-\frac{2}{(x-x_i)^3} \\ \\ b = & \frac{(3x-x_i)}{(x-x_i)^3} \end{align*} a=b=(xxi)32(xxi)3(3xxi)

    ψ i ( x ) = c ( x − x i ) ( x − x j ) 2 \psi_i(x)=c(x-x_i)(x-x_j)^2 ψi(x)=c(xxi)(xxj)2
    ψ i ′ ( x ) = c ( x − x j ) 2 + 2 c ( x − x j ) ( x − x i ) = 1 \psi_i'(x)=c(x-x_j)^2+2c(x-x_j)(x-x_i)=1 ψi(x)=c(xxj)2+2c(xxj)(xxi)=1
    解得
    c = 1 ( x − x j ) 2 + 2 ( x − x i ) ( x − x j ) ∣ x = x i = 1 ( x i − x j ) 2 c= \frac{1}{(x-x_j)^2+2(x-x_i)(x-x_j)}\Bigg|_{x=x_i}=\frac1{(x_i-x_j)^2} c=(xxj)2+2(xxi)(xxj)1 x=xi=(xixj)21
    将基函数代入式(1)得到插值多项式。

[!example]-
f ( x ) = x 4 + 2 x 3 + 5 {f(x)=x^4+2x^3+5} f(x)=x4+2x3+5 。对节点 x 0 = − 3 {x_0=-3} x0=3 x 1 = − 1 {x_1=-1} x1=1 ,求在区间 [ − 3 , − 1 ] {[-3,-1]} [3,1] 上的三次Hermite插值多项式及其余项。
解:由题可得
y 0 = 32    ,    y 1 = 4    ,    y 0 ′ = − 54    ,    y 1 ′ = 2 y_0=32 \,\,,\,\, y_1=4 \,\,,\,\, y_0'=-54 \,\,,\,\, y_1'=2 y0=32,y1=4,y0=54,y1=2
所以插值函数
H 3 ( x ) = 32 ϕ 0 ( x ) + 4 ϕ 1 ( x ) − 54 ψ 0 ( x ) + 2 ψ 1 ( x ) H_3(x)=32\phi_0(x)+4\phi_1(x)-54\psi_0(x)+2\psi_1(x) H3(x)=32ϕ0(x)+4ϕ1(x)54ψ0(x)+2ψ1(x)
接下来求基函数
a = − 2 / ( − 3 + 1 ) 3 = 1 / 4 b = ( − 3 ⋅ 3 + 1 ) / ( − 3 + 1 ) 3 = 1 } → ϕ 0 ( x ) = ( x + 1 ) 2 ( 1 4 x + 1 ) \begin{rcases} a=-2/(-3+1)^3=1/4 \\ \\ b=(-3\cdot3+1)/(-3+1)^3=1 \end{rcases}\to\phi_0(x)=(x+1)^2( \frac{1}{4}x+1) a=2/(3+1)3=1/4b=(33+1)/(3+1)3=1 ϕ0(x)=(x+1)2(41x+1)
a = − 2 / ( − 1 + 3 ) 3 = − 1 / 4 b = ( 3 ⋅ ( − 1 ) + 3 ) / ( − 1 + 3 ) 3 = 0 } → ϕ 1 ( x ) = − 1 4 x ( x + 3 ) 2 \begin{rcases} a=-2/(-1+3)^3=-1/4 \\ \\ b=(3 \cdot (-1)+3)/(-1+3)^3=0 \end{rcases}\to\phi_1(x)=-\frac{1}{4}x(x+3)^2 a=2/(1+3)3=1/4b=(3(1)+3)/(1+3)3=0 ϕ1(x)=41x(x+3)2
c = 1 ( − 3 + 1 ) 2 = 1 4 → ψ 0 ( x ) = 1 4 ( x + 3 ) ( x + 1 ) 2 c=\frac 1{(-3+1)^2}=\frac 1 4\to\psi_0(x)= \frac{1}{4}(x+3)(x+1)^2 c=(3+1)21=41ψ0(x)=41(x+3)(x+1)2
c = 1 ( − 1 + 3 ) 2 = 1 4 → ψ 1 ( x ) = 1 4 ( x + 1 ) ( x + 3 ) 2 c=\frac 1{(-1+3)^2}=\frac 1 4\to\psi_1(x)= \frac{1}{4}(x+1)(x+3)^2 c=(1+3)21=41ψ1(x)=41(x+1)(x+3)2
代入插值多项式得
H 3 ( x ) = − 6 x 3 − 22 x 2 − 24 x − 4 H_3(x)=-6x^3-22x^2-24x-4 H3(x)=6x322x224x4
由插值余项定理
∣ R 3 ( x ) ∣ = ∣ f ( x ) − H 3 ( x ) ∣ = ∣ f ( 4 ) ( ξ ) 4 ! ( x + 3 ) 2 ( x + 1 ) 2 ∣ = ∣ 4 ! 4 ! ( x + 3 ) 2 ( x + 1 ) 2 ∣ \begin{align*} |R_3(x)|=&|f(x)-H_3(x)|=| \frac{f^{(4)}(\xi)}{4!}(x+3)^2(x+1)^2 | \\ \\ =&| \frac{4!}{4!}(x+3)^2(x+1)^2 | \end{align*} R3(x)==f(x)H3(x)=4!f(4)(ξ)(x+3)2(x+1)24!4!(x+3)2(x+1)2

说明:

  • 余项仿照拉格朗日余项, x 0 {x_0} x0 点用了两次,所以平方, x 1 {x_1} x1 点同理
  • 类型 1 {1} 1 中系数 c {c} c 是相同的
4.3 三点三次Hermite插值

确定三次插值多项式 H 3 ( x ) {H_3(x)} H3(x) 使满足:
H 3 ( x 0 ) = f ( x 0 ) = y 0    ,    H 3 ( x 1 ) = f ( x 1 ) = y 1    ,    H 3 ( x 2 ) = f ( x 2 ) = y 2 H 3 ′ ( x 0 ) = f ′ ( x 0 ) = y 0 ′ \begin{align*} H_3(x_0)=f(x_0)=y_0 \,\,,\,\, H_3(x_1)=&f(x_1)=y_1\,\,,\,\, H_3(x_2)=f(x_2)=y_2 \\ \\ H_3'(x_0)=&f'(x_0)=y_0' \end{align*} H3(x0)=f(x0)=y0,H3(x1)=H3(x0)=f(x1)=y1,H3(x2)=f(x2)=y2f(x0)=y0
方法:基函数法,基函数为三次多项式。
步骤:

  1. H 3 ( x ) {H_3(x)} H3(x) H 3 ′ ( x ) {H_3'(x)} H3(x) 的表达式
    H 3 ( X ) = ϕ 0 ( x ) y 0 + ϕ 1 ( x ) y 1 + ϕ 2 ( x ) y 2 + ψ 0 ( x ) y 0 ′ (1) H_3(X)= \phi_0(x)y_0+\phi_1(x)y_1+\phi_2(x)y_2+\psi_0(x)y_0' \tag{1} H3(X)=ϕ0(x)y0+ϕ1(x)y1+ϕ2(x)y2+ψ0(x)y0(1)
    H 3 ′ ( X ) = ϕ 0 ′ ( x ) y 0 + ϕ 1 ′ ( x ) y 1 + ϕ 2 ′ ( x ) y 2 + ψ 0 ′ ( x ) y 0 ′ (2) H_3'(X)= \phi_0'(x)y_0+\phi_1'(x)y_1+\phi_2'(x)y_2+\psi_0'(x)y_0' \tag{2} H3(X)=ϕ0(x)y0+ϕ1(x)y1+ϕ2(x)y2+ψ0(x)y0(2)
  2. 根据表达式列表
    将 x 0 代入 ( 1 ) 将 x 1 代入 ( 1 ) 将 x 2 代入 ( 1 ) 将 x 0 代入 ( 2 ) ϕ 0 ( x 0 ) = 1 ϕ 0 ( x 1 ) = 0 ϕ 0 ( x 2 ) = 0 ϕ 0 ′ ( x 0 ) = 0 ϕ 1 ( x 0 ) = 0 ϕ 1 ( x 1 ) = 1 ϕ 1 ( x 2 ) = 0 ϕ 1 ′ ( x 0 ) = 0 ϕ 2 ( x 0 ) = 0 ϕ 2 ( x 1 ) = 0 ϕ 2 ( x 2 ) = 1 ϕ 2 ′ ( x 0 ) = 0 ψ 0 ( x 0 ) = 0 ψ 0 ( x 1 ) = 0 ψ 0 ( x 2 ) = 0 ψ 0 ′ ( x 0 ) = 1 \begin{array}{cccccc} 将 x_0 代入(1) & 将 x_1 代入(1) & 将 x_2 代入(1) & 将 x_0 代入(2) \\ \\ \phi_0(x_0)=1 & \phi_0(x_1)=0 & \phi_0(x_2)=0 & \phi_0'(x_0)=0 \\ \\ \phi_1(x_0)=0 & \phi_1(x_1)=1 & \phi_1(x_2)=0 & \phi_1'(x_0)=0 \\ \\ \phi_2(x_0)=0 & \phi_2(x_1)=0 & \phi_2(x_2)=1 & \phi_2'(x_0)=0 \\ \\ \psi_0(x_0)=0 & \psi_0(x_1)=0 & \psi_0(x_2)=0 & \psi_0'(x_0)=1 \\ \\ \end{array} x0代入(1)ϕ0(x0)=1ϕ1(x0)=0ϕ2(x0)=0ψ0(x0)=0x1代入(1)ϕ0(x1)=0ϕ1(x1)=1ϕ2(x1)=0ψ0(x1)=0x2代入(1)ϕ0(x2)=0ϕ1(x2)=0ϕ2(x2)=1ψ0(x2)=0x0代入(2)ϕ0(x0)=0ϕ1(x0)=0ϕ2(x0)=0ψ0(x0)=1
  3. 求基函数
    ϕ 0 {\phi_0} ϕ0 来说,有两个一重零点 x 1    ,    x 2 {x_1} \,\,,\,\, x_2 x1,x2 ,再设一个零点,有
    ϕ 0 ( x ) = ( x − x 1 ) ( x − x 2 ) ( a x + b )    ,    ( 代入   ϕ 0 ( x 0 ) = 1 , ϕ 0 ′ ( x 0 ) = 0   求   a , b ) \phi_0(x)=(x-x_1)(x-x_2)(ax+b) \,\,,\,\, (代入\, \phi_0(x_0)=1,\phi_0'(x_0)=0\,求\,a,b) ϕ0(x)=(xx1)(xx2)(ax+b),(代入ϕ0(x0)=1,ϕ0(x0)=0a,b)
    ϕ 1 {\phi_1} ϕ1 来说,有两个一重零点 x 0    ,    x 2 {x_0} \,\,,\,\, x_2 x0,x2 ,再设一个零点,有
    ϕ 1 ( x ) = ( x − x 0 ) ( x − x 2 ) ( a x + b )    ,    ( 代入   ϕ 1 ( x 1 ) = 1 , ϕ 1 ′ ( x 1 ) = 0   求   a , b ) \phi_1(x)=(x-x_0)(x-x_2)(ax+b) \,\,,\,\, (代入\, \phi_1(x_1)=1,\phi_1'(x_1)=0\,求\,a,b) ϕ1(x)=(xx0)(xx2)(ax+b),(代入ϕ1(x1)=1,ϕ1(x1)=0a,b)
    ϕ 2 {\phi_2} ϕ2 来说,有两个一重零点 x 0    ,    x 1 {x_0} \,\,,\,\, x_1 x0,x1 ,再设一个零点,有
    ϕ 2 ( x ) = ( x − x 0 ) ( x − x 1 ) ( a x + b )    ,    ( 代入   ϕ 2 ( x 2 ) = 1 , ϕ 2 ′ ( x 2 ) = 0   求   a , b ) \phi_2(x)=(x-x_0)(x-x_1)(ax+b) \,\,,\,\, (代入\, \phi_2(x_2)=1,\phi_2'(x_2)=0\,求\,a,b) ϕ2(x)=(xx0)(xx1)(ax+b),(代入ϕ2(x2)=1,ϕ2(x2)=0a,b)
    ψ 0 {\psi_0} ψ0 来说,有三个一重零点 x 0    ,    x 1    ,    x 2 {x_0} \,\,,\,\, x_1\,\,,\,\, x_2 x0,x1,x2 ,有
    ψ 0 = c ( x − x 0 ) ( x − x 1 ) ( x − x 2 )    ,    ( 代入   ψ 0 ′ ( x 0 ) = 1   求出   c ) \psi_0=c(x-x_0)(x-x_1)(x-x_2)\,\,,\,\, (代入 \, \psi_0'(x_0)=1\,求出\,c) ψ0=c(xx0)(xx1)(xx2),(代入ψ0(x0)=1求出c)
    还需要知道基函数的导数形式以方便求解,若
    ϕ ( x ) = ( x − x i ) ( x − x j ) ( a x + b ) = 1 \phi(x)=(x-x_i)(x-x_j)(ax+b)=1 ϕ(x)=(xxi)(xxj)(ax+b)=1
    ϕ ′ ( x ) = ( x − x i ) ( a x + b ) + ( x − x j ) ( a x + b ) + a ( x − x i ) ( x − x j ) = 0 \phi'(x)=(x - x_i)(ax+b) + (x - x_j)( ax+b) + a(x - x_i)(x - x_j)=0 ϕ(x)=(xxi)(ax+b)+(xxj)(ax+b)+a(xxi)(xxj)=0
    解得
    a = 2 x − x i − x j ( x − x i ) 2 ( x − x j ) 2 b = 3 x 2 − 2 x ( x i + x j ) + x i x j ( x − x i ) 2 ( x − x j ) 2 \begin{align*} a= &\frac{2x-x_i-x_j}{(x-x_i)^2(x-x_j)^2} \\ \\ b = & \frac{3x^2-2x(x_i+x_j)+x_ix_j}{(x-x_i)^2(x-x_j)^2} \end{align*} a=b=(xxi)2(xxj)22xxixj(xxi)2(xxj)23x22x(xi+xj)+xixj

    ψ ( x ) = c ( x − x i ) ( x − x j ) ( x − x k ) \psi(x)=c(x-x_i)(x-x_j)(x-x_k) ψ(x)=c(xxi)(xxj)(xxk)
    ψ ′ ( x ) = [ c ( x − x i ) ( x − x j ) + c ( x − x i ) ( x − x k ) + c ( x − x j ) ( x − x k ) ] ∣ x = x i = c ( x i − x j ) ( x i − x k ) = 1 \begin{align*} \psi'(x)=&[c(x - x_i)(x - x_j) + c(x - x_i)(x - x_k) + c(x - x_j)(x - x_k)]\big|_{x=x_i} \\ \\ =&c(x_i-x_j)(x_i-x_k)=1 \end{align*} ψ(x)==[c(xxi)(xxj)+c(xxi)(xxk)+c(xxj)(xxk)] x=xic(xixj)(xixk)=1
    c = 1 ( x i − x j ) ( x i − x k ) c= \frac{1}{(x_i-x_j)(x_i-x_k)} c=(xixj)(xixk)1

[!example]-
已知
f ( 1 ) = 5    ,    f ( 2 ) = 21    ,    f ( 3 ) = 53    ,    f ′ ( 1 ) = 10 f(1)=5 \,\,,\,\, f(2)=21 \,\,,\,\, f(3)=53 \,\,,\,\, f'(1)=10 f(1)=5,f(2)=21,f(3)=53,f(1)=10
求三次Hermite插值多项式
解:设插值函数
H 3 ( x ) = 5 ⋅ ϕ 0 ( x ) + 21 ⋅ ϕ 1 ( x ) + 53 ⋅ ϕ 2 ( x ) + 10 ⋅ ψ 0 ( x ) H_3(x)=5 \cdot \phi_0(x)+21 \cdot \phi_1(x) +53 \cdot \phi_2(x)+10 \cdot \psi_0(x) H3(x)=5ϕ0(x)+21ϕ1(x)+53ϕ2(x)+10ψ0(x)
求基函数
a = − 3 / 4 b = − 1 / 4 } → ϕ 0 ( x ) = ( x − 2 ) ( x − 3 ) ( − 3 4 x − 1 4 ) \begin{rcases} a=-3/4 \\ \\ b=-1/4 \end{rcases}\to\phi_0(x)=(x-2)(x-3)(- \frac{3}{4}x- \frac{1}{4}) a=3/4b=1/4 ϕ0(x)=(x2)(x3)(43x41)
a = 0 b = 12 } → ϕ 1 ( x ) = 12 ( x − 1 ) ( x − 3 ) \begin{rcases} a=0 \\ \\ b=12 \end{rcases}\to\phi_1(x)=12(x-1)(x-3) a=0b=12 ϕ1(x)=12(x1)(x3)
a = 3 / 4 b = 65 / 4 } → ϕ 2 ( x ) = ( x − 2 ) ( x − 3 ) ( 3 4 x + 65 4 ) \begin{rcases} a=3/4 \\ \\ b=65/4 \end{rcases}\to\phi_2(x)=(x-2)(x-3)(\frac{3}{4}x+\frac{65}{4}) a=3/4b=65/4 ϕ2(x)=(x2)(x3)(43x+465)
c = 1 ( 1 − 2 ) ( 1 − 3 ) = 1 2 → ψ 0 ( x ) = 1 2 ( x − 1 ) ( x − 2 ) ( x − 3 ) c= \frac{1}{(1-2)(1-3)}=\frac{1}{2}\to\psi_0(x)= \frac{1}{2}(x-1)(x-2)(x-3) c=(12)(13)1=21ψ0(x)=21(x1)(x2)(x3)
所以
H 3 ( x ) = 41 x 3 + 902 x 2 − 5037 x + 5886 H_3(x)=41x^3 + 902x^2 - 5037x + 5886 H3(x)=41x3+902x25037x+5886

4.4 n+1个点2n+1次Hermite插值多项式

就是所有节点的函数值和导数值都用上了
H 2 n + 1 ( x ) = ∑ k = 0 n ( 1 − 2 l k ′ ( x k ) ( x − x k ) ) l k 2 ( x ) f k + ∑ k = 0 n ( x − x k ) l k 2 ( x ) f k ′ H_{2n+1}(x)= \sum_{k=0}^{ n}(1-2l_k'(x_k)(x-x_k))l_k^2(x)f_k+ \sum_{k=0}^{ n}(x-x_k)l_k^2(x)f_k' H2n+1(x)=k=0n(12lk(xk)(xxk))lk2(x)fk+k=0n(xxk)lk2(x)fk
余项公式
R 2 n + 1 ( x ) = f ( x ) − H 2 n + 1 ( x ) = f ( 2 n + 2 ) ( ξ ) ( 2 n + 2 ) ! ( ∏ ( x ) ) 2    ,    ∏ ( x ) = ∏ j = 0 n ( x − x j ) R_{2n+1}(x)=f(x)-H_{2n+1}(x)= \frac{f^{(2n+2)}(\xi)}{(2n+2)!}(\prod_{}^{ }(x))^2 \,\,,\,\, \prod_{}^{ }(x)= \prod_{j=0}^{ n}(x-x_j) R2n+1(x)=f(x)H2n+1(x)=(2n+2)!f(2n+2)(ξ)((x))2,(x)=j=0n(xxj)
如果给定定义域,则右边积分可以得到一个 2 n + 1 {2n+1} 2n+1 次的数值积分公式。
积分中值定理可得出积分误差
R [ f ] = f ( 2 n + 2 ) ( η ) ( 2 n + 2 ) ! ∫ a b ( ∏ ( x ) ) 2 d x R[f]= \frac{f^{(2n+2)}(\eta)}{(2n+2)!} \int_{ a }^{b} (\prod_{}^{ }(x))^2 \mathrm dx R[f]=(2n+2)!f(2n+2)(η)ab((x))2dx

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.coloradmin.cn/o/1356469.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

[足式机器人]Part2 Dr. CAN学习笔记-动态系统建模与分析 Ch02-4 拉普拉斯变换(Laplace)传递函数、微分方程

本文仅供学习使用 本文参考: B站:DR_CAN Dr. CAN学习笔记-动态系统建模与分析 Ch02-4 拉普拉斯变换(Laplace)传递函数、微分方程 1. Laplace Transform 拉式变换2. 收敛域(ROC)与逆变换(ILT&…

Flappy Bird QDN PyTorch博客 - 代码解读

Flappy Bird QDN PyTorch博客 - 代码解读 介绍环境配置项目目录结构QDN算法重要函数解读preprocess(observation)DeepNetWork(nn.Module)BirdDQN类主程序部分 介绍 在本博客中,我们将介绍如何使用QDN(Quantile Dueling Network)算法&#xf…

天洑智能设计全系列产品完成银河麒麟操作系统适配!

近日,天洑软件智能设计全系列产品(智能热流体仿真软件AICFD、智能结构仿真软件AIFEM、智能优化软件AIPOD、智能数据建模软件DTEmpower)已成功完成银河麒麟桌面操作系统V10的适配工作。双方产品完全兼容,运行稳定、安全可靠、性能优…

WEB:探索开源OFD.js技术应用

1、简述 OFD.js 是一个由开源社区维护的 JavaScript 库,专注于在浏览器中渲染和处理 OFD 文件。OFD 作为一种开放式的文档格式,被广泛应用于电子政务、电子合同等领域。OFD.js 的出现为开发者提供了一个强大的工具,使得在前端实现 OFD 文件的…

拿到年终奖后马上辞职,厚道吗?

拿到年终奖后马上辞职,厚道吗? 作为一个人,你首先要对自己负责,其次是对自己身边的人(妻儿,家人,朋友)负责。 你明明可以跳槽到有更好的职业发展你不去,是为不智&#…

Impala-查询Kudu表详解(超详细)

文章目录 前言一、使用Impala查询kudu表介绍1. 使用Impala与Kudu表的好处2. 配置Impala以使用Kudu3. Kudu副本因子 二、Impala DDL增强功能1. Kudu表的主键列2. Kudu表特定的列属性1. 主键属性2. NULL | NOT NULL属性3. DEFAULT属性4. ENCODING属性5. COMPRESSION属性6. BLOCK_…

Axure鲜花商城网站原型图,网上花店订花O2O本地生活电商平台

作品概况 页面数量:共 30 页 兼容软件:仅支持Axure RP 9/10,非程序软件无源代码 应用领域:鲜花网、花店网站、本地生活电商 作品特色 本作品为「鲜花购物商城」网站模板,高保真高交互,属于O2O本地生活电…

Docker-Compose部署Redis(v7.2)主从模式

文章目录 一、前提准备1. redis配置文件2. 下载redis镜像3. 文件夹结构 二、docker-compose三、主从配置1.主节点配置文件 环境 docker desktop for windows 4.23.0redis 7.2 一、前提准备 1. redis配置文件 因为Redis 7.2 docker镜像里面没有配置文件,所以需要…

并行算法举例

谷歌的三大马车中的两辆分别是MapReduce GFS 这些我们在后边都会学到。 补充shuffle的作用 将map中的内容,具备相同内容的key被放到一组 问题1 矩阵乘法 第一轮j相同放在一起。 第二轮ik相同的放在一起。 问题2 求和问题 问题3 不重复元素

解决docker容器内无法连接宿主redis

背景 小程序的发短信服务挂了,随查看日志,该报错日志如下 Error 111 connecting to 127.0.0.1:6379. Connection refused. 6379是监听redis服务的端口,那大概是redis出错了。 首先查看了redis是否正常启动,检查出服务正常。 由于小…

(Java基础知识综合)

进制转换&#xff1a; 其他转10 10转其他 2进制8和16 8和16转2 位运算&#xff1a; >> 除于2 <<乘以2 近似值 空心金字塔 this关键字还可以用于访问父类中的属性和方法

基于sy3130光感入耳检测功能成功实现

基于sy3130光感入耳检测功能成功实现 是否需要申请加入数字音频系统研究开发交流答疑群(课题组)?可加我微信hezkz17, 本群提供音频技术答疑服务,+群赠送语音信号处理降噪算法,蓝牙耳机音频,DSP音频项目核心开发资料, 1 芯片介绍 2 电路实现 3 寄存器列表

jmeter自动录制脚本功能

问题排查&#xff1a; 建议用 google浏览器&#xff1b; 重启一下jmeter&#xff1b; 过滤规则重新检查下&#xff1b; 看下代理设置是否正常&#xff1b; 注意&#xff1a;下面的的过滤设置中 用的都是正则表达式的规则。

「Parasolid」PK函数说明

✨博客主页何曾参静谧的博客📌文章专栏「PK」Parasolid函数说明📚全部专栏「UG/NX」NX二次开发「UG/NX」BlockUI集合「VS」Visual Studio「QT」QT5程序设计「C/C++」C/C++程序设计「Win」Windows程序设计「DSA」数据结构与算法「File」数据文件格式「UG/NX」BlockUI集合目录…

pandas保存style到excel文件中

更多pandas style用法请参考&#xff1a;https://pandas.liuzaoqi.com/doc/chapter8/style.html 示例程序 import numpy as np import pandas as pd# 示例数据 dataframe pd.DataFrame({"date": pd.date_range("2024-01-01", "2024-02-01"),&…

郑州大学算法设计与分析实验2

判断题 1 #include<bits/stdc.h> using namespace std;const int N 50; int f[N], n;int main() { // freopen("1.in", "r", stdin);ios::sync_with_stdio(false);cin.tie(0);cout.tie(0);cin >> n;f[1] 1; f[2] 1;for(int i 3; i &l…

C++算法学习五.二叉树(1)

1.二叉树理论基础 二叉树的种类&#xff1a; 满二叉树&#xff1a;一棵二叉树只有度为0的结点和度为2的结点&#xff0c;并且度为0的结点在同一层上&#xff0c;则这棵二叉树为满二叉树。深度为k&#xff0c;总共有2的k次幂-1个节点。 完全二叉树&#xff1a;在完全二叉树中…

DBA技术栈(二):MySQL 存储引擎

2.1 MySQL存储引擎概述 上个业余的图&#xff1a; MyISAM 存储引擎是 MySQL 默认的存储引擎&#xff0c;也是目前 MySQL 使用最为广泛的存储引擎之一。他的前身就是我们在 MySQL 发展历程中所提到的 ISAM&#xff0c;是 ISAM 的升级版本。在 MySQL最开始发行的时候是 ISAM 存…

前端实战第一期:悬浮动画

悬浮动画 像这样的悬浮动画该怎么做&#xff0c;让我们按照以下步骤完成 步骤&#xff1a; 先把HTML内容做起来&#xff0c;用button属性创建一个按钮&#xff0c;按钮内写上悬浮效果 <button classbtn>悬浮动画</button>在style标签内设置样式,先设置盒子大小&…

任务调度知识点

任务调度 定时任务调度 定时任务调度在项目开发中是一种不可缺少的需求,在Java中,实现任务调度有三种方式,分别是jdk自带的任务定时工具Timer、Spring task、第三方组件Quartz,接下来细聊这三种方式。 方式一、Timer(JDK自带任务定时工具) // 创建定时类Timer …