Контрольная работа: Интерполирование функций

где L - число значащих цифр после запятой в представлении значений функции.

Необходимо отметить, что формулы Ньютона являются видоизменениямиформулы Лагранжа. Однако в формуле Лагранжа нельзя пренебречь ни одним из слагаемых, так как все они равноправны и представляют многочлены n -й степени. В формулы Ньютона в качестве слагаемых входят многочлены повышающихся степеней, коэффициентами при которых служат конечные разности, разделенные на факториалы. Конечные разности, как правило, быстро уменьшаются, что позволяет в формулах Ньютона пренебречь слагаемыми, коэффициенты при которых становятся малыми. Это обеспечивает вычисление промежуточных значений функции достаточно точно спомощью простых интерполяционных формул.

4. Формула Ньютона с разделенными разностями

Первая и вторая формулы Ньютона предполагают, что узлы интерполирования являются равноотстоящими. Однако, в общем случае функция f (x ) может быть задана таблицей, в которой узлы находятся на произвольном расстоянии друг от друга , где значения h_i (i = ) являются различными.

При таких условиях первая и вторая интерполяционные формулы Ньютона неприменимы. В данном случае, для решения задачи интерполяции применяются не конечные, а разделенные разности.

Разделенная разность первого порядка определяется:

Для вычисления разделенных разностей высших порядков используется формула:

Разделенные разности удобно представлять диагональной таблицей, вид которой для n = 4 соответствует табл. 2.

Таблица 2

Интерполяционный многочлен Ньютона, использующий разделенные разности, имеет вид:

где , П_k (x ) = 1.

Представленная формула позволяет повышать точность вычислений постепенно, добавляя разделенные разности более высоких порядков. Следует отметить, что при этом все полученные результаты сохраняются, т.е. не вычисляются заново, а только наращиваются. Это следует из соотношения

Оценка погрешности интерполирования выполняется по формуле

5. Интерполяция сплайнами

Пусть задана таблица значений функции f (x_i ) = y_i (), в которой они расположены по возрастанию значений аргумента: x ₀ < x ₁ < … < x_n . Чтобы построить кубический сплайн, требуется определить коэффициенты a_{i 0} , a_{i 1} , a_{i 2} , a_{i 3} , которые задают интерполяционный кубический многочлен

на каждом интервале интерполирования [x_{i -1} , x_i ], .

Таким образом, необходимо определить 4n коэффициентов a_ij (, ), для чего требуется 4n уравнений. Необходимые уравнения определяются следующими условиями.

1. Условия непрерывности функции:

2. Условия непрерывности 1-х и 2-х производных функции:

3. Граничные условия:

Часто используются граничные условия видаПолучаемый при этом сплайн называется естественным кубическим сплайном.