Newton vs. Lagrange - kto lepszy?



Podobne dokumenty
Metody numeryczne. Sformułowanie zagadnienia interpolacji

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

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

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

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

Matematyka stosowana i metody numeryczne

Wprowadzenie do metod numerycznych Wykład 9 Różniczkowanie numeryczne

Metody numeryczne. Sformułowanie zagadnienia interpolacji

Interpolacja funkcji

Próbny egzamin z matematyki dla uczniów klas II LO i III Technikum. w roku szkolnym 2012/2013

Kształcenie w zakresie podstawowym. Klasa 2

FUNKCJA KWADRATOWA. Zad 1 Przedstaw funkcję kwadratową w postaci ogólnej. Postać ogólna funkcji kwadratowej to: y = ax + bx + c;(

Metody numeryczne w przykładach

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

Metody numeryczne i statystyka dla in»ynierów

INTERPOLACJA I APROKSYMACJA FUNKCJI

Funkcja f jest ograniczona, jeśli jest ona ograniczona z

Matematyka licea ogólnokształcące, technika

Obliczenia naukowe Wykład nr 6

Funkcja kwadratowa. f(x) = ax 2 + bx + c,

Indukcja matematyczna

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

Bardzo łatwa lista powtórkowa

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

Analiza numeryczna kolokwium2a-15grudnia2005

SCENARIUSZ LEKCJI. Autorzy scenariusza: Krzysztof Sauter (informatyka), Marzena Wierzchowska (matematyka)

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI DLA KLASY DRUGIEJ LICEUM OGÓLNOKSZTAŁCĄCEGO ZAKRES PODSTAWOWY

Maciej Grzesiak Instytut Matematyki Politechniki Poznańskiej. Całki nieoznaczone

Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

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

ZADANIA ZAMKNIETE W zadaniach 1-25 wybierz i zaznacz na karcie odpowiedzi poprawna

Interpolacja. Marcin Orchel. Drugi przypadek szczególny to interpolacja trygonometryczna

KLASA II LO Poziom rozszerzony (wrzesień styczeń)

Egzamin z Metod Numerycznych ZSI, Grupa: A

ROZKŁAD MATERIAŁU DO II KLASY LICEUM (ZAKRES ROZSZERZONY) A WYMAGANIA PODSTAWY PROGRAMOWEJ.

1 Równania nieliniowe

WYDZIAŁ INFORMATYKI I ZARZĄDZANIA, studia niestacjonarne ANALIZA MATEMATYCZNA1, lista zadań 1

Wielomiany. XX LO (wrzesień 2016) Matematyka elementarna Temat #2 1 / 1

Dwa równania kwadratowe z częścią całkowitą

WYMAGANIA EDUKACYJNE NIEZBĘDNE DO OTRZYMANIA PRZEZ UCZNIA POSZCZEGÓLNYCH ŚRÓDROCZNYCH I ROCZNYCH OCEN KLASYFIKACYJNYCH Z MATEMATYKI

Wykład 5. Informatyka Stosowana. 6 listopada Informatyka Stosowana Wykład 5 6 listopada / 28

Interpolacja, aproksymacja całkowanie. Interpolacja Krzywa przechodzi przez punkty kontrolne

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

5 Równania różniczkowe zwyczajne rzędu drugiego

Elementy logiki. Zdania proste i złożone

EGZAMIN MATURALNY W ROKU SZKOLNYM 2014/2015

Funkcja kwadratowa. f(x) = ax 2 + bx + c = a

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY Z MATEMATYKI

1 Funkcja wykładnicza i logarytm

Zagadnienia do małej matury z matematyki klasa II Poziom podstawowy i rozszerzony

1 Funkcja wykładnicza i logarytm

Wymagania edukacyjne z matematyki klasa IV technikum

1. Równania i nierówności liniowe

Wykład 5. Informatyka Stosowana. 7 listopada Informatyka Stosowana Wykład 5 7 listopada / 28

1 Szeregi potęgowe. 1.1 Promień zbieżności szeregu potęgowego. Wydział Informatyki, KONWERSATORIUM Z MATEMATYKI, 2008/2009.

Egzamin podstawowy (wersja przykładowa), 2014

WYMAGANIA EDUKACYJNE NA POSZCZEGÓLNE OCENY. (zakres podstawowy) klasa 2

Rozwiązywanie równań nieliniowych

PLAN WYNIKOWY (zakres podstawowy) klasa 2. rok szkolny 2015/2016

5. Równania różniczkowe zwyczajne pierwszego rzędu

Definicja i własności wartości bezwzględnej.

Skrypt 12. Funkcja kwadratowa:

ROZWIĄZYWANIE RÓWNAŃ NIELINIOWYCH

MATEMATYKA Wymagania edukacyjne i zakres materiału dla klasy drugiej poziom podstawowy w roku szkolnym 2013/2014 ZAKRES MATERIAŁU, TREŚCI NAUCZANIA

FUNKCJE I RÓWNANIA KWADRATOWE. Lekcja 78. Pojęcie i wykres funkcji kwadratowej str

1 Równania różniczkowe zwyczajne

Blok V: Ciągi. Różniczkowanie i całkowanie. c) c n = 1 ( 1)n n. d) a n = 1 3, a n+1 = 3 n a n. e) a 1 = 1, a n+1 = a n + ( 1) n

Aproksymacja funkcji a regresja symboliczna

WSTĘP DO ANALIZY I ALGEBRY, MAT1460

Wymagania edukacyjne z matematyki klasa II technikum

KADD Minimalizacja funkcji

Geometria analityczna

II. RÓŻNICZKOWANIE I CAŁKOWANIE NUMERYCZNE Janusz Adamowski

Metody Numeryczne Wykład 4 Wykład 5. Interpolacja wielomianowa

KLUCZ PUNKTOWANIA ODPOWIEDZI

2) R stosuje w obliczeniach wzór na logarytm potęgi oraz wzór na zamianę podstawy logarytmu.

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

Pojęcia, wymagania i przykładowe zadania na egzamin poprawkowy dla klas II w roku szkolnym 2016/2017 w Zespole Szkół Ekonomicznych w Zielonej Górze

ROZKŁAD MATERIAŁU NAUCZANIA KLASA 1, ZAKRES PODSTAWOWY

ZAGADNIENIA NA EGZAMIN POPRAWKOWY Z MATEMATYKI W KLASIE II TECHNIKUM.

Analiza Matematyczna MAEW101

Funkcje IV. Wymagania egzaminacyjne:

Wykład 4 Przebieg zmienności funkcji. Badanie dziedziny oraz wyznaczanie granic funkcji poznaliśmy na poprzednich wykładach.

ZAGADNIENIA PROGRAMOWE I WYMAGANIA EDUKACYJNE DO TESTU PRZYROSTU KOMPETENCJI Z MATEMATYKI DLA UCZNIA KLASY II

Wykład VI. Badanie przebiegu funkcji. 2. A - przedział otwarty, f D 2 (A) 3. Ekstrema lokalne: 4. Punkty przegięcia. Uwaga!

Logarytmy. Funkcje logarytmiczna i wykładnicza. Równania i nierówności wykładnicze i logarytmiczne.

Zajęcia nr. 3 notatki

Lista nr 1 - Liczby zespolone

Standardy wymagań maturalnych z matematyki - matura

Zadanie 1. Z definicji wyprowadź wzory na pochodne funkcji. Przypominam definicję pochodnej f (x)

1. Wielomiany Podstawowe definicje i twierdzenia

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

? 14. Dana jest funkcja. Naszkicuj jej wykres. Dla jakich argumentów funkcja przyjmuje wartości dodatnie? 15. Dana jest funkcja f x 2 a x

SIMR 2016/2017, Analiza 2, wykład 1, Przestrzeń wektorowa

1 + x 1 x 1 + x + 1 x. dla x 0.. Korzystając z otrzymanego wykresu wyznaczyć funkcję g(m) wyrażającą liczbę pierwiastków równania.

Próbny egzamin maturalny z matematyki Poziom rozszerzony

Obliczenia iteracyjne

2. ZASTOSOWANIA POCHODNYCH. (a) f(x) = ln 3 x ln x, (b) f(x) = e2x x 2 2.

FUNKCJA LINIOWA, RÓWNANIA I UKŁADY RÓWNAŃ LINIOWYCH

Wykład z równań różnicowych

Transkrypt:

Uniwersytet Mikołaja Kopernika Wydział Matematyki i Informatyki Katedra Analizy Matematycznej Agnieszka Rydzyńska nr albumu: 254231 Praca Zaliczeniowa z Seminarium Newton vs. Lagrange - kto lepszy? Opiekun pracy dr Krzysztof Leśniak Wydział Matematyki i Informatyki Toruń 2014 Pracę przyjmuję i akceptuję... data i podpis opiekuna pracy Potwierdzam złożenie pracy dyplomowej... data i podpis pracownika dziekanatu

Rozdział 1 Informacje 1.1 Wzór interpolacyjny Newtona Zagadnienie interpolacji 1 można sformułować w nastęujący sposób: W przedziale domkniętym [a,b] danych jest n + 1 punktów x 0, x 1, x 2,..., x n zwanych węzłami interpolacji 2. Ponadto znane są wartości y 0, y 1,..., y n, jakie funkcja f(x) przyjmuje w tych punktach, tzn. f(x j ) = y i. (1.1) Problem polega na wyznaczeniu funkcji f(x) należącej do z góry określonej klasy funkcji i spełniającej warunki (1.1). Geometryczną interpretacją problemu jest znalezienie takiej krzywej, z określonej rodziny krzywych, która przechodzi przez punkt (x i, y i ) dla i = 1, 2,..., n. Wiele jest znanych wzorów interpolacyjnych, dających efektywną postać funkcji f(x). Wśród nich rozróżniamy wzory dla przypadku, gdy odstępy między węzłami są równe. Dla takiego przypadku podstawowy jest wzór Newtona, a dla pozostałych przypadków klasyczny wzór Lagrange a. We wzorze interpolacyjnym Newtona odstęy między kolejnymi węzłami x k dla k = 0,..., n wynoszą h, czyli x k = x 0 + kh dla k = 0,..., n. (1.2) Oznaczamy (x x 0 ) (k) = (x x 0 )(x x 1 )... (x x k 1 ) (1.3) Szukamy funkcji f(x) spełniającej warunki (1.1) w postaci f(x) = a 0 + a 1 (x x 0 ) (1) + a 2 (x x 0 ) (2) +... + a n (x x 0 ) (n), (1.4) przy czym chodzi o wyznaczenie współczynników a k dla k = 0,..., n. 1 metoda numeryczna polegająca na wyznaczaniu w danym przedziale tzw. funkcji interpolacyjnej, która przyjmuje w nim z góry zadane wartości w ustalonych punktach, nazywanych węzłami 2 Węzeł funkcji(węzeł interpolacji) to argument funkcji, dla którego znana jest jej wartość. Jeżeli: f : A B, jest funkcją z A w B, x i jest elementem A, dla którego znana jest wartość f(x i ) : y i = f(x i ), y i B to x i jest węzłem funkcji f. 3

4 ROZDZIAŁ 1. INFORMACJE W tym celu wprowadza się specjalny operator różnicowania k, określony następująco: 1 f(x) = f(x + h) f(x), k f(x) = 1 ( k 1 f(x)). (1.5) Włąsnością tego operatora jest, iż 1 (x x 0 ) (k) = hk(x x 0 ) (k 1). (1.6) Istotnie, na podstawie definicji operatora 1 i uwagi na (1.2) mamy 1 (x x 0 ) (k) = (x + h x 0 ) (k) (x x 0 ) (k) = = (x + h x 0 )(x x 0 ) (k 1) (x x 0 ) (k 1) [x x 0 (k 1)h] = = (x x 0 ) (k 1) (x + h x 0 x + x 0 + kh h) = = hk(x x 0 ) (k 1). Działam teraz kolejno na funkcje f(x), określoną wzorem (1.4), operatorami 1, 2,..., n, wykorzystując przy tym zależność (1.6). Otrzymamy 1 f(x) = ha 1 + 2ha 2 (x x 0 ) (1) + 3ha 3 (x x 0 ) (2) +... + + hna n (x x 0 ) (n 1), 2 f(x) = 2h 2 a 2 + 6h 2 a 3 (x x 0 ) (1) +... +... + h 2 n(n 1)a n (x x 0 ) (n 2), (1.7) n = f(x) = h n n!a n Jeżeli do wzorów (1.4) i (1.7) podstawimy x = x 0, to otrzymamy f(x 0 ) = a 0, 1 f(x 0 ) = ha 1, 2 f(x 0 ) = 2h 2 a 2,... n f(x 0 ) = n!h n a n, skąd a k = k f(x 0 )k!h k (1.8) przjmując 0 f(x 0 ) = f(x 0 ). Wobec tego interpolacyjny wzór Newtona przyjmie ostateczną postać f(x) = f(x 0 ) + 1 f(x 0 ) (x x 0 ) (1) + 1!h + 2 f(x 0 ) (x x 2!h 2 0 ) (2) + +... + + n f(x 0 ) (x x n!h n 0 ) (n) (1.9)

1.1. WZÓR INTERPOLACYJNY NEWTONA 5 f(x) 1 f(x) 2 f(x) 3 f(x) 4 f(x) f(x 0 ) 1 f(x 0 ) 2 f(x 0 ) 3 f(x 0 ) 4 f(x 0 ) f(x 1 ) 1 f(x 1 ) 2 f(x 1 ) 3 f(x 1 ) f(x 2 ) 1 f(x 2 ) 2 f(x 2 ) f(x 3 ) 1 f(x 3 ) f(x 4 ) Tabela 1.1: Tablica różnic W celu zastosowania w praktyce wzoru interpolacyjnego ((1.9)) należy obliczyć wartości 1 f(x), 2 f(x),..., n f(x) w odpowiednich punktach. Dla szybkiego obliczenia tych wartości buduje się następującą tablicę trójkątną, której pierwsze wyrazy (pod kreską) każdej kolumny dają szukane wartości kolejnych różnic w punkcie x 0. Poniżej podano taką tablicę dla n = 4. W tablicy tej pierwsza kolumna zawiera wartości dane z góry f(x 0 ), f(x 1 ),..., f(x n ). W następnej kolumnie 1 f(x 0 ) = f(x 1 ) f(x 0 ), 1 f(x 0 ) = f(x 2 ) f(x 1 ), 1 f(x 0 ) = f(x 3 ) f(x 2 ), 1 f(x 0 ) = f(x 4 ) f(x 3 ), Widzimy zatem, iż każdy wyraz drugiej kolumny jest różnicą pewnych dwóch wyrazów występujących kolejno w poprzedniej kolumnie. Analogiocznie postępujemy w kolejnych kolumnach tablicy. Przykład 1. Dany jest szereg statystyczny x i y i 0 7 1 11, 5 2 10 3 12, 1 4 13 f(x) 1 f(x) 2 f(x) 3 f(x) 4 f(x) 7 4, 5 6 9, 6 14, 4 11, 5 1, 5 3, 6 4, 8 10 2, 1 1, 2 12, 1 0, 9 13 Szukaną funkcją f(x) jest zatem wedlug wzoru (1.9) funkcja f(x) = 7 + 4, 5x 3x(x 1) + 1, 6x(x 1)(x 2) 0, 51x(x 1)(x 2)(x 3) = = 0, 51x 4 + 4, 66x 3 13, 41x 2 + 13, 76x + 7

6 ROZDZIAŁ 1. INFORMACJE 1.2 Wzór interpolacyjny Lagrange a W przypadku, gdy różne między sobą węzły interpolacji x 0, x 1,..., x n są rozmieszczone w nierównych odstępach, dla wyznaczenia wielomianu co najwyżej stopnia n, mającego własność f(x i ) = y i dla i = 0, 1,..., n (1.10) gdzie y i są liczbami z góry dnaymi, można skorzystać ze wzoru interpolacyjnego Lagrange a n (x x 0 )(x x 1 )... (x x i 1 )(x x i+1 )... (x x n ) L n (x) = y i (1.11) (x i x 0 )(x i x 1 )... (x i x i 1 )(x i x i+1 )... (x i x n ) i=0 Dla wykazania, że L n (x) jest szukaną funkcją f(x), wygodnie jest wprowadzić pomocniczy wielomian (n+1)-go stopnia n w n+1 (x) = (x x 0 )(x x 1 )... (x x j 1 )(x x j+1 )... (x x n ) (1.12) j=0 Wielomian w n+1 ma następujące własnośći: 1. w n+1 (x i ) = 0 dla i = 0, 1,..., n, 2. w n+1 = (x x 0 )... (x i x i 1 )(x i x i+1 )... (x i x n ), w 3. n+1 (x) 0 dlaj i x x i = x=xj w n+1(x i ) dlaj = i. Powyższe własności wielominau w n+1 (x) pozwalają na przedstawienie funkcji L n (x) w uproszczonej potaci n w n+1 (x) 1 L n (x) = y i x x j w n+1(x i ), (1.13) i=0 Przykład 2. Znaleźć wielomian co najwyżej trzeciego stopnia, który by w punktach 0,1,3,6 przyjmował odpowiednio wartości 1,2,8,64. Obliczyć wartość tego wielomianu w punkcie 4. W tym przypadku w 4 (x) = x(x 1)(x 3)(x 6) w 4(x) = (x 1)(x 3)(x 6) + x(x 3)(x 6) + x(x 1)(x 3), w 4(0) = 18, w 4(1) = 10, w 4(3) = 18, w 4(6) = 90. Szukanym wielomianem jest zatem według wzoru (1.13) L 3 (x) = 1 18 (x 1)(x 3)(x 6) + 1 x(x 3)(x 6)+ 5 A zatem L 3 (4) = 17, 9. 4 9 32 x(x 1)(x 6) + x(x 1)(x 3) = 45 = 37 90 x3 44 45 x2 + 47 30 x + 1

Rozdział 2 Interpolacja wielomianem tzreciego stopnia Poniżej przedstawię interpolacje niektórych charakterystycznych funkcji. Dla każdego z przykładów powtarzają się niektóre obliczenia. Do obu typów interpolacji potrzebna jest prosta tabelka: x i y i...... gdzie x i są kolejnymi argumentami funkcji dla i = 0, 1,..., n a y i to wartości funkcji w punktach x i. Dla interpolacji Newtona na początku tworzymy tabelę postaci 1.1. Każda z nich jest tworzona odrębnie w zależnościod wartości y i powyższej tabeli. Interpolację Lagrange a także można uprościć. W interpolacji Lagrange a korzystam z wielomianu albo w 4 (x) = x(x 1)(x 2)(x 3) (2.1) w 4 (x) = (x 1)(x 2)(x 3)(x 4) (2.2) Na ich podstawie liczę w 4(x) dostając odpowiednio: oraz w 4(x) = (x 1)(x 2)(x 3) + x(x 2)(x 3) + x(x 1)(x 3) + x(x 1)(x 2) w 4(x) = (x 2)(x 3)(x 4) + (x 1)(x 3)(x 4) + (x 1)(x 2)(x 4) + (x 1)(x 2)(x 3) (2.3) (2.4) Dalej, patrząc na definicję metody Lagrange a otzrymujemy, że: 7

8 ROZDZIAŁ 2. INTERPOLACJA WIELOMIANEM TZRECIEGO STOPNIA dla wzorów (2.1) w 4(0) = 6 w 4(1) = 2 w 4(2) = 2 w 4(3) = 6 (2.5) dla wzoru (2.2) w 4(10) = 6 w 4(2) = 2 w 4(3) = 2 w 4(4) = 6 (2.6) Ilustracje na końcu każdego podrozdziału rozdziału drugiego przedstawiają tzry wykresy funkcji. Pierwszy to wykres funkcji interpolowanej oznaczony kolorem niebieskim, drugi to interpolacja Newtona oznaczona kolorem czerwonym a trzecia to interpolacja metodą Lagrange a oznaczona kolorem zielonym. Kolor fioletowy na niektórych wykresach symbolizuje pokrywanie się funkcji pierwotnej z rozwinięciem interpolacyjnym. Tak przygotowani możemy zająć się porównaniem podstawowych funkcji. 2.1 Funkcje postaci f(x) = ax + b, f(x) = ax 2 + bx + c, f(x) = ax 3 + bx 2 + cx + d Do każdej z tych funkcji można w sposób identyczny zastosować interpolację Newtona, jak i Lagrange a. Wynikiem będzie ta sama funkcja f(x), na której chcemy zastosować interpolację. Dla udowodnienia mojej tezy, poniżej przedstawię dwa przykłady, które potwierdzą prawdziwość moich spostrzeżeń. Przykład 3. Stosując interpolację Lagrange a znależć wielomian funkcji f(x) = 2x 2 + 5x 7. Na początku tworzę tabelkę: x i y i 0-7 1 0 2 11 3 26 Korzystając z gotowych już wyników: (2.1), (2.3) i (2.5) otzrymuję L 3 (x) = 7(x 1)(x 2)(x 3) ( 0.17) + 0 x(x 2)(x 3) (0.5) + 11x(x 1)(x 3) ( 0.5) + 26x(x 1)(x 2) (0.17) =

2.2. FUNKCJA LN X 9 otrzymuję L 3 (x)2x 2 + 5x 7 Przykład 4. Stosując interpolację Newtona znależć wielomian funkcji f(x) = 4x 3 9x 2 + 2x 11. Na początku tworzę tabele: oraz Wprost ze wzoru (1.9) otrzymujemy I ostatecznie: x i y i 0-11 1-14 2-11 3 22 f(x) 1 f(x) 2 f(x) 3 f(x) -11-3 6 30-14 3 30-11 33 22 F (x) = 11 3x + 6x(x 1) + 30x(x 1)(x 2) F (x) = 4x 3 9x 2 + 2x 11 2.2 Funkcja ln x x i y i 1 0 2 0.69 3 1.10 4 1.39 2.2.1 Interpolacja wg. Newtona Wprost ze wzoru (1.9) otrzymujemy f(x) 1 f(x) 2 f(x) 3 f(x) 0 0.69-0.28 0.16 0.69 0.41-0.12 1.10 0.29 1.39 F (x) = 0 + 0.69 (x 1) 0.28 1 2! (x 1)(x 2) + 0.16 1 3! (x 1)(x 2)(x 3) I ostatecznie F (x) = 0.03x 3 0.30x 2 + 1.40x 1.13

10 ROZDZIAŁ 2. INTERPOLACJA WIELOMIANEM TZRECIEGO STOPNIA 2.2.2 Interpolacja wg. Lagrange a Korzystając z gotowych już wyników: (2.2), (2.4) i (2.6) otzrymuję L 3 (x) =0 (x 2)(x 3)(x 4) ( 1 6 ) + 0.69 (x 1)(x 3)(x 4) ( 1 2 ) + 1.1(x 1)(x 2)(x 4) ( 1 2 ) + 1.39(x 1)(x 2)(x 3) ( 1 6 ) = L 3 (x) = 0.03x 3 0.3x 2 + 1.41x 1.13 2.2.3 Wykres 2.3 Funkcja sin x x i y i 0 0 1 0.02 2 0.04 3 0.05 2.3.1 Interpolacja wg. Newtona f(x) 1 f(x) 2 f(x) 3 f(x) 0 0.02 0 0.01 0.02 0.02 0.01 0.04 0.01 0.05

2.4. FUNKCJA X 11 Wprost ze wzoru (1.9) otrzymujemy F (x) = 0 + 0.02 x + 0 1 1 x(x 1) + 0.01 (x 1)(x 2)(x 3) 2! 3! F (x) = 0.002x 3 0.005x 2 + 0.023x 2.3.2 Interpolacja wg. Lagrange a Korzystając z gotowych już wyników: (2.1), (2.3) i (2.5) otzrymuję L 3 (x) =0 (x 1)(x 2)(x 3) ( 1 6 ) + 0.02 x(x 2)(x 3) ( 1 2 ) + 0.04x(x 1)(x 3) ( 1 2 ) + 0.05x(x 1)(x 2) ( 1 6 ) = L 3 (x) = 0.01x 3 + 0.02x 2.3.3 Wykres 2.4 Funkcja x x i y i 0 0 1 1 2 1.41 3 1.73

12 ROZDZIAŁ 2. INTERPOLACJA WIELOMIANEM TZRECIEGO STOPNIA 2.4.1 Interpolacja wg. Newtona f(x) 1 f(x) 2 f(x) 3 f(x) 0 1-0.59 0.50 1 0.41-0.09 1.41 0.32 1.73 Wprost ze wzoru (1.9) otrzymujemy F (x) = 0 + 1 x 0.59 1 1 x(x 1) + 0.50 (x 1)(x 2)(x 3) 2! 3! F (x) = 0.008x 3 0.54x 2 + 1.46x 2.4.2 Interpolacja wg. Lagrange a Korzystając z gotowych już wyników: (2.1), (2.3) i (2.5) otzrymuję L 3 (x) =0 (x 1)(x 2)(x 3) ( 1 6 ) + 1 x(x 2)(x 3) ( 1 2 ) + 1.41x(x 1)(x 3) ( 1 2 ) + 1.73x(x 1)(x 2) ( 1 6 ) = L 3 (x) = 0.08x 3 + 0.53x + 1.45x

2.5. FUNKCJA 3 X 13 2.4.3 Wykres 2.5 Funkcja 3 x x i y i 0 0 1 1 2 1.26 3 1.44 2.5.1 Interpolacja wg. Newtona f(x) 1 f(x) 2 f(x) 3 f(x) 0 1-0.74 0.66 1 0.26-0.08 1.26 0.18 1.44 Wprost ze wzoru (1.9) otrzymujemy F (x) = 0 + 1 x 0.74 1 1 x(x 1) + 0.66 (x 1)(x 2)(x 3) 2 3 F (x) = 0.11x 3 0.7x 2 + 1.59x

14 ROZDZIAŁ 2. INTERPOLACJA WIELOMIANEM TZRECIEGO STOPNIA 2.5.2 Interpolacja wg. Lagrange a Korzystając z gotowych już wyników: (2.1), (2.3) i (2.5) otzrymuję L 3 (x) =0 (x 1)(x 2)(x 3) ( 1 6 ) + 1 x(x 2)(x 3) ( 1 2 ) + 1.26x(x 1)(x 3) ( 1 2 ) + 1.44x(x 1)(x 2) ( 1 6 ) = L 3 (x) = 0.11x 3 + 0.7x + 1.59x 2.5.3 Wykres 2.6 Funkcja e x x i y i 0 1 1 2.72 2 7.39 3 20.09

2.6. FUNKCJA E X 15 2.6.1 Interpolacja wg. Newtona f(x) 1 f(x) 2 f(x) 3 f(x) 0 1.72 2.95 5.08 2.72 4.67 8.03 7.39 12.7 20.09 Wprost ze wzoru (1.9) otrzymujemy F (x) = 1 + 1.72 x + 2.95 1 1 x(x 1) + 5.08 (x 1)(x 2)(x 3) 2 6 F (x) = 0.85x 3 1.07x 2 + 1.94x 2.6.2 Interpolacja wg. Lagrange a Korzystając z gotowych już wyników: (2.1), (2.3) i (2.5) otzrymuję A zatem L 3 (x) =1(x 1)(x 2)(x 3) ( 1 6 ) + 2.72 x(x 2)(x 3) ( 1 2 ) + 7.39x(x 1)(x 3) ( 1 2 ) + 20.09x(x 1)(x 2) ( 1 6 ) = L 3 (x) = 0.85x 3 1.06x 2 + 3.60x + 1

16 ROZDZIAŁ 2. INTERPOLACJA WIELOMIANEM TZRECIEGO STOPNIA 2.6.3 Wykres 2.7 Funkcja 2 x x i y i 0 1 1 2 2 4 3 8 2.7.1 Interpolacja wg. Newtona f(x) 1 f(x) 2 f(x) 3 f(x) 1 1 1 1 2 2 2 44 4 8 Wprost ze wzoru (1.9) otrzymujemy F (x) = 1 + 1 x + 1 1 1 x(x 1) + 1 x(x 1)(x 2) 2 6 F (x) = 0.17x 3 0.83x + 1

2.8. FUNKCJA X 2 17 2.7.2 Interpolacja wg. Lagrange a Korzystając z gotowych już wyników: (2.1), (2.3) i (2.5) otzrymuję L 3 (x) =1(x 1)(x 2)(x 3) ( 1 6 ) + 2 x(x 2)(x 3) ( 1 2 ) + 4x(x 1)(x 3) ( 1 2 ) + 8x(x 1)(x 2) ( 1 6 ) = L 3 (x) = 0.17x 3 2.50x + 1 2.7.3 Wykres 2.8 Funkcja x 2 x i y i 1 2 2 1.41 3 1.26 4 1.19

18 ROZDZIAŁ 2. INTERPOLACJA WIELOMIANEM TZRECIEGO STOPNIA 2.8.1 Interpolacja wg. Newtona f(x) 1 f(x) 2 f(x) 3 f(x) 2-0.59 0.44-0.36 1.41-0.15 0.08 1.26-0.07 1.19 Wprost ze wzoru (1.9) otrzymujemy F (x) = 2 0.59(x 1) + 0.44(x 1)(x 2) 1 2! = 0.12x 3 + 0.71x 2 1.30x + 0.71 0.36(x 1)(x 2)(x 3) 1 3! 2.8.2 Interpolacja wg. Lagrange a Korzystając z gotowych już wyników: (2.2), (2.4) i (2.6) otzrymuję A zatem L 3 (x) =2(x 2)(x 3)(x 4) 1 6 + + 1.41(x 1)(x 3)(x 4) 1 2 + + 1.26(x 1)(x 2)(x 4) 1 2 + + 2(x 1)(x 2)(x 3) 1 6 L 3 (x) = 0.06x 3 + 0.57x 2 8.14x + 3.38 2.8.3 Wykres

2.9. FUNKCJA X SIN(X) 19 2.9 Funkcja x sin(x) x i y i 1 0.02 2 0.07 3 0.16 4 0.28 2.9.1 Interpolacja wg. Newtona f(x) 1 f(x) 2 f(x) 3 f(x) 0.02 0.05 0.04-0.01 0.07 0.09 0.03 0.16 0.12 0.28 Wprost ze wzoru (1.9) otrzymujemy F (x) = 0.02 0.05(x 1) + 0.04(x 1)(x 2) 1 1 0.01(x 1)(x 2)(x 3) 2 6 F (x) = 0.001x 3 + 0.026x 2 0.021x + 0.016 2.9.2 Interpolacja wg. Lagrange a Korzystając z gotowych już wyników: (2.2), (2.4) i (2.6) otzrymuję L 3 (x) =0.02(x 2)(x 3)(x 4) 1 6 + + 0.07(x 1)(x 3)(x 4) 1 2 + + 0.16(x 1)(x 2)(x 4) 1 2 + + 0.28(x 1)(x 2)(x 3) 1 6 L 3 (x) = 0.001x 3 + 0.1x 2 0.305x + 0.23

20 ROZDZIAŁ 2. INTERPOLACJA WIELOMIANEM TZRECIEGO STOPNIA 2.9.3 Wykres

Bibliografia [1] Eugeniusz Zeniuk, Marta Kapturczak, Krzysztof Szerszeń: Zastosowanie wielomianów interpolacyjnych Lagrange a do aproksymacji funkcji brzegowych. [2] J. Stoer, R. Bulirsch: Introduction to Numerical Analysis. [3] prof. dr hab. Oleksandr Gomilko: Metody numeryczne 21

22 BIBLIOGRAFIA

Spis treści 1 Informacje 3 1.1 Wzór interpolacyjny Newtona......................... 3 1.2 Wzór interpolacyjny Lagrange a........................ 6 2 Interpolacja wielomianem tzreciego stopnia 7 2.1 Funkcje postaci f(x) = ax + b, f(x) = ax 2 + bx + c, f(x) = ax 3 + bx 2 + cx + d 8 2.2 Funkcja ln x................................... 9 2.2.1 Interpolacja wg. Newtona....................... 9 2.2.2 Interpolacja wg. Lagrange a...................... 10 2.2.3 Wykres................................. 10 2.3 Funkcja sin x.................................. 10 2.3.1 Interpolacja wg. Newtona....................... 10 2.3.2 Interpolacja wg. Lagrange a...................... 11 2.3.3 Wykres................................. 11 2.4 Funkcja x................................... 11 2.4.1 Interpolacja wg. Newtona....................... 12 2.4.2 Interpolacja wg. Lagrange a...................... 12 2.4.3 Wykres................................. 13 2.5 Funkcja 3 x................................... 13 2.5.1 Interpolacja wg. Newtona....................... 13 2.5.2 Interpolacja wg. Lagrange a...................... 14 2.5.3 Wykres................................. 14 2.6 Funkcja e x.................................... 14 2.6.1 Interpolacja wg. Newtona....................... 15 2.6.2 Interpolacja wg. Lagrange a...................... 15 2.6.3 Wykres................................. 16 2.7 Funkcja 2 x.................................... 16 2.7.1 Interpolacja wg. Newtona....................... 16 2.7.2 Interpolacja wg. Lagrange a...................... 17 2.7.3 Wykres................................. 17 2.8 Funkcja x 2................................... 17 2.8.1 Interpolacja wg. Newtona....................... 18 2.8.2 Interpolacja wg. Lagrange a...................... 18 2.8.3 Wykres................................. 18 2.9 Funkcja x sin(x)................................. 19 2.9.1 Interpolacja wg. Newtona....................... 19 23

24 SPIS TREŚCI 2.9.2 Interpolacja wg. Lagrange a...................... 19 2.9.3 Wykres................................. 20