分段插值
插值多項式餘項公式說明插值節點越多,誤差越小,函數逐近越好,但後來人們發現,事實并非如此,例如:取被插函數,在[-5,5]上的n+1個等距節點:
計算出f(xk)後得到Lagrange插值多項式Ln(x),考慮[-5,5]上的一點x=5-5/n,分别取n=2,6,10,14,18計算f(x),Ln(x)及對應的誤差Rn(x)。
随節點個數n的增加,誤差lRn(x)l不但沒減小,反而不斷的增大.這個例子最早是由Runge研究,後來人們把這種節點加密但誤差增大的現象稱為Runge現象.出現Runge現象的原因主要是當節點n較大時,對應的是高次插值多項式。
此差得積累"淹沒"了增加節點減少的精度.Runge現象否定了用高次插值公式提高逼近精度的想法,本節的分段插值就是克服Runge現象引入的一種插值方法.
分段多項式插值的定義為
定義2:a=x0
如果函數Φ(x)滿足條件
Φ(x)在[a,b]上連續
Φ(xr)=yR,R=0,1,…,n
Φ(x)zai每個小區間[xR,xR+1]是m次多項式,
R=0,1,…,n-1則稱Φ(x)為f(x)在[a,b]上的分段m次插值多項式
實用中,常用次數不超過5的底次分段插值多項式,本節隻介紹分段線性插值和分段三次Hermite插值,其中分段三次Hermite插值還額外要求分段插值函數Φ(x)
在節點上與被插值函數f(x)有相同的導數值,即
基本思想将被插值函數f〔x〕的插值節點由小到大排序,然後每對相鄰的兩個節點為端點的區間上用m次多項式去近似f〔x〕.
插值法原理
數學内插法即“直線插入法”。其原理是,若A(i1,b1),B(i2,b2)為兩點,則點P(i,b)在上述兩點确定的直線上。而工程上常用的為i在i1,i2之間,從而P在點A、B之間,故稱“直線内插法”。n
數學内插法說明點P反映的變量遵循直線AB反映的線性關系。n
上述公式易得。A、B、P三點共線,則nn(b-b1)/(i-i1)=(b2-b1)/(i2-i1)=直線斜率,變換即得所求。n