Metody numeryczne. Ilorazy różnicowe. dr Artur Woike. Wzory interpolacyjne Newtona i metoda Aitkena.

Podobne dokumenty
Metody numeryczne. Sformułowanie zagadnienia interpolacji

Analiza numeryczna Kurs INP002009W. Wykład 8 Interpolacja wielomianowa. Karol Tarnowski A-1 p.223

Analiza numeryczna kolokwium2a-15grudnia2005

3. Interpolacja. Interpolacja w sensie Lagrange'a (3.1) Dana jest funkcja y= f x określona i ciągła w przedziale [a ;b], która

Obliczenia naukowe Wykład nr 6

Interpolacja. Marcin Orchel. Drugi przypadek szczególny to interpolacja trygonometryczna

Interpolacja funkcji

Metody numeryczne. Sformułowanie zagadnienia interpolacji

Wprowadzenie do metod numerycznych Wykład 9 Różniczkowanie numeryczne

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania. Technologie informatyczne

Metody Numeryczne Wykład 4 Wykład 5. Interpolacja wielomianowa

METODY NUMERYCZNE. Wykład 3. Plan. Aproksymacja Interpolacja wielomianowa Przykłady. dr hab.inż. Katarzyna Zakrzewska, prof.agh. Met.Numer.

Zastosowanie Excela w obliczeniach inżynierskich.

Całkowanie numeryczne przy użyciu kwadratur

S Y L A B U S P R Z E D M I O T U

Pochodną funkcji w punkcie nazywamy granicę ilorazu różnicowego w punkcie gdy przyrost argumentu dąży do zera: lim

Zał nr 4 do ZW. Dla grupy kursów zaznaczyć kurs końcowy. Liczba punktów ECTS charakterze praktycznym (P)

ELEMENTY ANALIZY NUMERYCZNEJ ELEMENTY ANALIZY NUMERYCZNEJ. Egzamin pisemny zestaw 1 24 czerwca 2019 roku

ZADANIA OPTYMALIZCJI BEZ OGRANICZEŃ

DOPASOWYWANIE KRZYWYCH

Metody numeryczne Numerical methods. Elektrotechnika I stopień (I stopień / II stopień) Ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

ELEMENTY ANALIZY NUMERYCZNEJ ELEMENTY ANALIZY NUMERYCZNEJ. Egzamin pisemny zestaw 1 26 czerwca 2017 roku

Egzamin z Metod Numerycznych ZSI, Grupa: A

Obliczenia Naukowe i Metody Numeryczne. Laboratorium Komputerowe lista 4 5 października 2012

Wielomian interpolacyjny Hermite a

Bardzo łatwa lista powtórkowa

Metody numeryczne Wykład 6

III. INTERPOLACJA Ogólne zadanie interpolacji. Niech oznacza funkcjê zmiennej x zale n¹ od n + 1 parametrów tj.

Metody numeryczne Numerical methods. Energetyka I stopień (I stopień / II stopień) Ogólnoakademicki (ogólnoakademicki / praktyczny)

Egzamin z Metod Numerycznych ZSI, Egzamin, Gr. A

Obliczenia Naukowe. Wykład 12: Zagadnienia na egzamin. Bartek Wilczyński

VII. WYKRESY Wprowadzenie

Granice funkcji-pojęcie pochodnej

Metody numeryczne Numerical methods. Elektrotechnika I stopień (I stopień / II stopień) Ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Metody numeryczne. materiały do wykładu dla studentów. 7. Całkowanie numeryczne

Rozwiązywanie równań nieliniowych

Metody przybliżonego rozwiązywania równań różniczkowych zwyczajnych

x y

1 Równania nieliniowe

Interpolacja, aproksymacja całkowanie. Interpolacja Krzywa przechodzi przez punkty kontrolne

Interpolacja krzywymi sklejanymi stopnia drugiego (SPLINE-2)

Metody numeryczne I Równania nieliniowe

Całkowanie numeryczne

INFORMATYKA ELEMENTY METOD NUMERYCZNYCH.

Wykład 6, pochodne funkcji. Siedlce

automatyka i robotyka II stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Elementy metod numerycznych

dr inż. Damian Słota Gliwice r. Instytut Matematyki Politechnika Śląska

Interpolacja. Interpolacja wykorzystująca wielomian Newtona

Wstęp do metod numerycznych Interpolacja. P. F. Góra

Wprowadzenie Metoda bisekcji Metoda regula falsi Metoda siecznych Metoda stycznych RÓWNANIA NIELINIOWE

Wstęp do metod numerycznych 7. Interpolacja. P. F. Góra

Wstęp do metod numerycznych Rozwiazywanie równań algebraicznych. P. F. Góra

Iteracyjne rozwiązywanie równań

y ( x) x i. y x i y( x) = ( x) x i,

Rachunek różniczkowy funkcji dwóch zmiennych

Rozwiązywanie równań nieliniowych i ich układów. Wyznaczanie zer wielomianów.

Grafika komputerowa Wykład 7 Modelowanie obiektów graficznych cz. I

Metody Numeryczne. Wojciech Szewczuk

Metody Obliczeniowe w Nauce i Technice

Matematyka stosowana i metody numeryczne

Newton vs. Lagrange - kto lepszy?

Rozwiązywanie równań nieliniowych i ich układów. Wyznaczanie zer wielomianów.

Metody numeryczne. materiały do wykładu dla studentów

Zajęcia nr 1: Zagadnienia do opanowania:

Wstęp do metod numerycznych Zadania numeryczne 2016/17 1

Wykład 5. Zagadnienia omawiane na wykładzie w dniu r

Pochodna funkcji c.d.-wykład 5 ( ) Funkcja logistyczna

Pochodna funkcji: definicja, podstawowe własności wykład 5

Wstęp do metod numerycznych 5. Interpolacja. P. F. Góra

Metody Obliczeniowe w Nauce i Technice

Wstęp do metod numerycznych 9. Rozwiazywanie równań algebraicznych. P. F. Góra

y i b) metoda różnic skończonych nadal problem nieliniowy 2 go rzędu z warunkiem Dirichleta

Metody numeryczne i statystyka dla in»ynierów

E: Rekonstrukcja ewolucji. Algorytmy filogenetyczne

Rozwiązywanie równań nieliniowych i ich układów. Wyznaczanie zer wielomianów.

Numeryczne modelowanie ustalonego pola temperatury

Zadania z analizy matematycznej - sem. I Pochodne funkcji, przebieg zmienności funkcji

Obliczenia Naukowe i Metody Numeryczne Przykładowe zadania z Analizy Numerycznej z poprzednich lat 5 października 2009

Algorytmy transformacji wielomianowych i ich zastosowania

Zwięzły kurs analizy numerycznej

Interpolacja i modelowanie krzywych 2D i 3D

Pochodna funkcji: zastosowania przyrodnicze wykłady 7 i 8

Optymalizacja ciągła

Fakt 3.(zastosowanie różniczki do obliczeń przybliżonych) Przy czym błąd, jaki popełniamy zastępując przyrost funkcji

Elementy Analizy Numerycznej - opracowanie pytań egzaminacyjnych

Z52: Algebra liniowa Zagadnienie: Zastosowania algebry liniowej Zadanie: Operatory różniczkowania, zagadnienie brzegowe.

Analiza matematyczna i algebra liniowa Pochodna funkcji

I. Pochodna i różniczka funkcji jednej zmiennej. 1. Definicja pochodnej funkcji i jej interpretacja fizyczna. Istnienie pochodnej funkcji.

Prawdopodobieństwo i statystyka

Elementy projektowania inzynierskiego Przypomnienie systemu Mathcad

11. Pochodna funkcji

Ćwiczenia nr 7. TEMATYKA: Krzywe Bézier a

Metody numeryczne. Instytut Sterowania i Systemów Informatycznych Wydział Elektrotechniki, Informatyki i Telekomunikacji Uniwersytet Zielonogórski

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2016/2017

Granica funkcji wykład 4

Wykład 5. Skręcanie nieskrępowane prętów o przekroju prostokątnym.

Metody numeryczne. Równania nieliniowe. Janusz Szwabiński.

Aproksymacja. funkcji: ,a 2. ,...,a m. - są funkcjami bazowymi m+1 wymiarowej podprzestrzeni liniowej X m+1

1. Pochodna funkcji. 1.1 Pierwsza pochodna - definicja i własności Definicja pochodnej

Transkrypt:

Ćwiczenia nr 3. Ilorazy różnicowe Niech będą dane punkty x 0,..., x n i wartości f (x 0 ),..., f (x n ). Definiujemy rekurencyjnie ilorazy różnicowe: f (x i, x i+1 ) = f (x i+1) f (x i ) x i+1 x i, i = 0,..., n 1; Uwaga. k = 2,..., n, i = 0,..., n k, f (x i,..., x i+k ) = f (x i+1,..., x i+k ) f (x i,..., x i+k 1 ) x i+k x i. Wartości f (x i ) są nazywane ilorazami różnicowymi rzędu 0.

Przykładowa tablica ilorazów różnicowych (n = 3) i x i f (x i ) f (x i, x i+1 ) f (x i,..., x i+2 ) f (x i,..., x i+3 ) 0 x 0 f (x 0 ) f (x 0, x 1 ) f (x 0, x 1, x 2 ) f (x 0, x 1, x 2, x 3 ) 1 x 1 f (x 1 ) f (x 1, x 2 ) f (x 1, x 2, x 3 ) 2 x 2 f (x 2 ) f (x 2, x 3 ) 3 x 3 f (x 3 ) Wzór interpolacyjny Newtona Niech będą dane punkty x 0,..., x n i wartości f (x 0 ),..., f (x n ). Mamy następujący wzór interpolacyjny: W n (x) = f (x 0 ) + f (x 0, x 1 ) ω 0 (x) + lub w postaci skróconej: W n (x) = f (x 0 ) + +f (x 0, x 1, x 2 ) ω 1 (x) +... + +f (x 0,..., x n ) ω n 1 (x), n 1 i=0 f (x 0,..., x i+1 ) ω i (x), gdzie: ω k = (x x 0 )... (x x k ), k = 0,..., n.

Stosowanie wzorów interpolacyjnych Newtona. Zadanie 1. Niech będą dane węzły interpolacji x i = 4 + 2i 2 (i = 0,..., 4). Wyznaczyć za pomocą wzoru interpolacyjnego Newtona dla dowolnych węzłów wielomiany interpolacyjne W 1, W 2, W 3 i W 4. Przyjąć następujące wartości w węzłach: 1 f (x 0 ) = 57, f (x 1 ) = 19, f (x 2 ) = 49, f (x 3 ) = 579, f (x 4 ) = 2329; 2 f (x 0 ) = 140, f (x 1 ) = 16, f (x 2 ) = 116, f (x 3 ) = 5296, f (x 4 ) = 43124; 3 f (x 0 ) = 443, f (x 1 ) = 37, f (x 2 ) = 67, f (x 3 ) = 30197, f (x 4 ) = 548827. Różnice progresywne Niech będą dane punkty x 0,..., x n i wartości y 0,..., y n. Definiujemy rekurencyjnie różnice progresywne: 0 y i = y i, i = 0,..., n; 1 y i = 0 y i+1 0 y i, i = 0,..., n 1; k = 2,..., n, i = 0,..., n k, k y i = k 1 y i+1 k 1 y i.

Przykładowa tablica różnic progresywnych (n = 3) i x i y i 1 y i 2 y i 3 y i 0 x 0 y 0 1 y 0 2 y 0 3 y 0 1 x 1 y 1 1 y 1 2 y 1 2 x 2 y 2 1 y 2 3 x 3 y 3 Wzór interpolacyjny Newtona Niech będą dane punkty x 0,..., x n (takie że dla pewnego h > 0 mamy i=0,...,n x i = x 0 + ih) oraz wartości y 0,..., y n. Mamy następujący wzór interpolacyjny: W n (x) = 0 y 0 + 1 y 0 1! h 1 ω 0 (x) + 2 y 0 2! h 2 ω 1 (x) + lub w postaci skróconej: +... + n y 0 n! h n ω n 1 (x), W n (x) = 0 y 0 + n 1 i=0 i+1 y 0 (i + 1)! h i+1 ω i (x), gdzie: ω i = (x x 0 )... (x x i ), i = 0,..., n.

Stosowanie wzorów interpolacyjnych Newtona. Zadanie 2. Wyznaczyć za pomocą wzoru interpolacyjnego Newtona dla równoodległych węzłów wielomiany interpolacyjne W 1, W 2, W 3 i W 4. Przyjąć następujące dane: 1 x 0 = 6, x 1 = 3, x 2 = 0, x 3 = 3, x 4 = 6, y 0 = 94, y 1 = 31, y 2 = 4, y 3 = 13, y 4 = 58; 2 x 0 = 4, x 1 = 2, x 2 = 0, x 3 = 2, x 4 = 4, y 0 = 170, y 1 = 12, y 2 = 2, y 3 = 16, y 4 = 174; 3 x 0 = 2, x 1 = 1, x 2 = 0, x 3 = 1, x 4 = 2, y 0 = 61, y 1 = 5, y 2 = 1, y 3 = 5, y 4 = 19. Schemat Aitkena Niech będą dane węzły x i (i = 0,..., n, x i x j dla i j) oraz odpowiadające im wartości y i (i = 0,..., n). Definiujemy rekurencyjnie nastepujące wielomiany: w 0,j (x) = 1 x j x 0 y 0 y j x 0 x x j x, j = 1,..., n (0 < j); w 0,1,...,k,j = 1 x j x k k = 1,..., n 1 j = k + 1,..., n w 0,1,...,k 1,k w 0,1,...,k 1,j x k x, x j x (0 < 1 <... < k < j).

Schemat Aitkena Niech będą dane węzły x 0,..., x n (x i x j dla i j) oraz odpowiadające im wartości y 0,..., y n. Wtedy wielomian interpolacyjny W n jest określony następującym wzorem: W n (x) = w 0,1,...,n (x). Uwaga. (nazywana również schematem interpolacyjnym Aitkena) jest innym sposobem obliczania wartości wzoru interpolacyjnego Lagrange a. Stosowanie metody Aitkena Zadanie 3. Niech będą dane następujące węzły oraz wartości w węzłach: x 0 = 3, x 1 = 1, x 2 = 0, x 3 = 2, x 4 = 5, y 0 = 48, y 1 = 6, y 2 = 3, y 3 = 3, y 4 = 72. Wyznaczyć za pomocą metody Aitkena nastepujące wielomiany interpolacyjne: W 1, W 2, W 3 i W 4.

Ilorazy różnicowe i różnice progresywne Niech będą dane punkty x 0,..., x n (takie że dla pewnego h > 0 mamy i=0,...,n x i = x 0 + ih) oraz odpowiadające im wartości y i = f (x i ) (i = 0,..., n). Mamy następujące związki pomiędzy ilorazami różnicowymi i różnicami progresywnymi: f (x i ) = 0 y i, i = 0,..., n; f (x i, x i+1 ) = 1 y i h k = 2,..., n,, i = 0,..., n 1; i = 0,..., n k, f (x i,..., x i+k ) = k y i k! h k. Przybliżanie pochodnej Niech będą dane punkty x 0,..., x n i funkcja f. Wtedy możemy przyjąć następujące przybliżenie dla wartości pochodnej funkcji f : f (k) (x i ) f (x i,..., x i+k ) dla k = 0,..., n oraz i = 0,..., n k. Jeśli punkty x 0,..., x n są takie, że dla pewnego h > 0 mamy i=0,...,n x i = x 0 + ih oraz y 0 = f (x 0 ),..., y n = f (x n ), to wtedy również: f (k) (x i ) k y i dla k = 0,..., n oraz i = 0,..., n k. k! hk

Stosowanie przybliżania pochodnej Zadanie 4. Niech będą dane węzły x i = i 10 (i = 0,..., 13) oraz funkcja f zadana wzorem f (x) = x 3 x 2 + x 1. Obliczyć dokładne i przybliżone wartości pierwszej, drugiej i trzeciej pochodnej funkcji f w punktach x 0,..., x 10.