Курсовая работа: Базисные сплайны

Множество сплайнов, удовлетворяющих определению, обозначим через Ясно, что этому множеству принадлежат и сплайны степени n дефекта и сплайны степени дефекта , если , в том числе многочлены степени не выше . Так как обычные операции сложения элементов из и их умножения на действительные числа не выводят за пределы множества, то оно является линейным множеством или линейным пространством.

Простейшим примером сплайна является единичная функция Хевисайда

с которой естественным образом связана усеченная степенная функция

Функции являются сплайнами соответственно нулевой степени и степени дефекта 1 с единственным узлом в нулевой точке (рис. 1.1). Мы будем рассматривать также усеченные степенные функции , связанные с точками сетки . При они принадлежат множеству

Теорема 1.1. Функции

(3)

линейно независимы и образуют базис в пространстве размерности

Доказательство: Предположим противное, т. е. что существуют постоянные , не все равные нулю и такие, что

Тогда для имеем и в силу линейной независимости функций находим Беря получаем и, по той же причине, Продолжая этот процесс, убеждаемся, что все Следовательно, функции (3) линейно независимы.

Пусть теперь задан сплайн на отрезке он является многочленом степени , и может быть записан в виде (1) или (2). При этом, так как первые производных сплайна непрерывны в точках т. е.

Покажем, что сплайн , на отрезке может быть представлен в виде

(4)

Где

Действительно, преобразуя это выражение при получаем

Это доказывает, что всякий сплайн может быть представлен в виде линейной комбинации функций (3), т. е. эти функции образуют базис в и представление (4) единственно. Эта формула называется представлением сплайна в виде суммы усеченных степенных функций. Итак, множество является конечномерным пространством размерности

§2. Базисные сплайны с конечными носителями

В математическом анализе встречаются конструкции, связанные с финитными функциями, т. е. гладкими функциями, которые определяются на всей действительной оси, но отличны от нуля лишь на некотором конечном интервале (носителе). Ниже мы исследуем финитные сплайны из пространства . В последующем изложении они играют исключительно важную роль.

Расширим сетку , добавив дополнительно точки (можно положить, например, ).