Главная страница Случайная страница Разделы сайта АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Вычисление производных на основании многочлена Лагранжа
Запишем интерполяционный многочлен Лагранжа L (x) и его остаточный член RL (x) для случая трех узлов интерполяции (n = 2), но с учетом, что xi – xi –1 = h = const (i = 1, 2,..., n): L (x) = [(x – x 1)(x – x 2)y0 – 2(x – x 0)(x – x 2)y1 + (x – x 0)(x – x 1)y2]; RL (x) = (x – x 0)(x – x 1)(x – x 2). Найдем их производные: L' (x) = [(2 x – x 1 – x 2)y0 – 2(2 x – x 0 – x 2)y1 + (2 x – x 0 – x 1)y2]; R'L (x) = [(x – x 1)(x – x 2) + (x – x 0)(x – x 2) + (x – x 0)(x – x 1)]. Здесь – значение производной в некоторой внутренней точке x * Î [ x 0, xn ]. Запишем выражение для производной y' 0 при х = x 0: y' 0 = L' (x 0) + R'L (x 0) = [(2 x 0 – x 1 – x 2)y0 – 2(2 x 0 – x 0 – x 2)y1 + + (2 x 0 – x 0 – x 1)y2] + [(x 0 – x 1)(x 0 – x 2) + (x 0 – x 0)(x 0 – x 2) + (x 0 – x 0)(x 0 – x 1)] = = (– 3y0 + 4 y 1 – y 2) + . Аналогично можно получить значения y' 1, y' 2 при х = x 1, х = x 2. Итак, для случая трех узлов (n = 2) рабочие формулы имеют следующий вид: (11) В справочных пособиях приведены формулы Лагранжа для n = 3, 4, …. Так для случая четырех узлов (n = 3): (12) Анализируя (11) и (12) можно утверждать, что, используя значения функции в (n +1) узлах, получают аппроксимацию n -го порядка точности для производной. Эти формулы можно использовать не только для узлов x 0, x 1, x 2, …, но и для любых узлов x = xi, xi +1, xi +2, … с соответствующей заменой индексов в (11) и (12). С помощью многочлена Лагранжа получены аппроксимации и для старших производных. Таким образом, при n = 3: и т.д. Аналогичные формулы можно получить и для случая произвольной сетки расположения узлов. Однако в этом случае имеют место неизбежные громоздкие выражения для расчетов производных. При возникшей необходимости таких расчетов целесообразнее применять искусственный прием, так называемый метод неопределенных коэффициентов.
|