1.1-1.2Lagrange 插值法
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拉格朗日插值法解题步骤:
拉格朗日插值法是一种数学方法,用于通过已知的离散数据点来构造一个多项式,这个多项式可以用来估计或逼近其他未知的数据点。以下是拉格朗日插值法的解题步骤:
1.确定已知数据点:首先,你需要有一组已知的数据点。这些数据点是你用来进行插值的已知信息。
2.构造拉格朗日多项式:对于每一个数据点 (xi, yi),构造一个拉格朗日基函数。
3. 计算拉格朗日多项式的值:将每个已知数据点的横坐标 xi 代入拉格朗日多项式 L(x),得到对应的 yi 值。这样,你就可以得到一个新的数据点集,这些点的坐标是 (xi, L(xi))。
4. 使用插值多项式进行预测:对于你想要预测的 x 值,代入拉格朗日多项式 L(x),即可得到对应的 y 值。
这就是拉格朗日插值法的基本步骤。需要注意的是,这种方法只适用于已知的数据点是离散的情况。如果数据点是连续变化的,你可能需要使用其他方法,如样条插值等。
- 1 - 拉格朗日多项式插值法
拉格朗日多项式插值法是通过构造一个多项式函数来逼近原函数的一种方法。它的基本思想是,给定一个函数在不同点上的取值,通过构造一个多项式函数,使其在这些点上与原函数取值相同,从而得到一个逼近函数。具体地,拉格朗日多项式插值法的步骤如下:
1. 给定一组数据点$(x_1,y_1),(x_2,y_2),...,(x_n,y_n)$,其中$x_i$为自变量,$y_i$为因变量。
2. 构造拉格朗日基函数$L_i(x)$,定义为:
$$L_i(x)=prod_{j=1,j
eq i}^nfrac{x-x_j}{x_i-x_j}$$
其中,$i=1,2,...,n$。这里的基函数$L_i(x)$可以看作是在每个数据点处都为1,而在其他点处都为0的一个函数,具有良好的插值性质。
3. 构造拉格朗日插值多项式$p(x)$,定义为:
$$p(x)=sum_{i=1}^n y_iL_i(x)$$
这个多项式函数就是通过拉格朗日基函数和数据点的取值所构造出来的逼近函数,它在每个数据点处都与原函数取值相同。
4. 利用插值多项式$p(x)$进行求解。
拉格朗日多项式插值法是一种简单而有效的插值方法,它可以用于求解函数值、导数、积分等问题,并被广泛应用于科学、工程等领域。
在数值分析中,拉格朗日插值法是以法国十八世纪数学家约瑟夫·拉格朗日命名的一种多项式插值方法。许多实际问题中都用函数来表示某种内在联系或规律,而不少函数都只能通过实验和观测来了解。如对实践中的某个物理量进行观测,在若干个不同的地方得到相应的观测值,拉格朗日插值法可以找到一个多项式,其恰好在各个观测的点取到观测到的值。这样的多项式称为拉格朗日(插值)多项式。数学上来说,拉格朗日插值法可以给出一个恰好穿过二维平面上若干个已知点的多项式函数。拉格朗日插值法最早被英国数学家爱德华·华林于1779年发现[1],不久后(1783年)由莱昂哈德·欧拉再次发现。1795年,拉格朗日在其著作《师范学校数学基础教程》中发表了这个插值方法,从此他的名字就和这个方法联系在一起[2]。
对于给定的若n+1个点,对应于它们的次数不超过n的拉格朗日多项式只有一个。如果计入次数更高的多项式,则有无穷个,因为所有与相差的多项式都满足条件。
定义
对某个多项式函数,已知有给定的k + 1个取值点:
其中对应着自变量的位置,而对应着函数在这个位置的取值。
假设任意两个不同的xj都互不相同,那么应用拉格朗日插值公式所得到的拉格朗日插值多项式为:
其中每个为拉格朗日基本多项式(或称插值基函数),其表达式为:
[3]
拉格朗日基本多项式的特点是在 上取值为1,在其它的点 上取值为0。
存在性 对于给定的k+1个点:,拉格朗日插值法的思路是找到一个在一点取值为1,而在其他点取值都是0的多项式。这样,多项式在点取值为,而在其他点取值都是0。而多项式就可以满足
在其它点取值为0的多项式容易找到,例如:
它在点取值为:。由于已经假定两两互不相同,因此上面的取值不等于0。于是,将多项式除以这个取值,就得到一个满足“在取值为1,而在其他点取值都是0的多项式”:
这就是拉格朗日基本多项式。
唯一性
次数不超过k 的拉格朗日多项式至多只有一个,因为对任意两个次数不超过k 的拉格朗日多项式:和,它们的差在所有k+1个点上取值都是0,因此必然是多项式的倍数。因此,如果这个差不等于0,次数就一定不小于k+1。但是是两个次数不超过k 的多项式之差,它的次数也不超过k。所以,也就是说。这样就证明了唯一性[4]。
拉格朗⽇插值及中值定理的应⽤毕业论⽂
湘潭⼤学毕业论⽂题⽬:拉格朗⽇插值及中值定理的应⽤
学院:数学与计算科学学院
专业:信息与计算科学
学号:2011750224
姓名:周维
指导教师:戴永泉
完成⽇期: 2015年5⽉20⽇
湘潭⼤学
毕业论⽂(设计)任务书
论⽂(设计)题⽬:拉格朗⽇插值及中值定理的应⽤
学号:2011750224 姓名:周维专业:信息与计算科学
指导教师:系主任:
⼀、主要内容及基本要求
主要内容:
充分了解拉格朗⽇公式起源以及背景, 研究拉格朗⽇插值在函数逼近中问题的适定性,数值的近似计算算法,以及拉格朗⽇插值在实际⽣活中的应⽤.利⽤拉格朗⽇中值定理证明不等式;求函数极限,以及研究函数在区间上性质的应⽤, 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。
基本要求:1、理解拉格朗⽇插值公式和中值定理的证明
2、熟练运⽤线性插值公式和抛物线插值公式
3、熟练运⽤拉格朗⽇中值定理解决函数极限与不等式证明问题
4、⽤拉格朗⽇中值定理研究函数在区间上的性质
⼆、重点研究的问题1、拉格朗⽇插值在实际⽣活中的应⽤
2、拉格朗⽇的数值计算算法编程三、进度安排
四、应收集的资料及主要参考⽂献[1]黄云清,舒适,陈燕萍,⾦继承,⽂⽴平编著的《数值计算⽅法》
[2]由⾼等教育出版社发⾏,由陈纪修,於崇华,⾦路编著的《数学分析》第⼆版上册
[3]由李庆扬,王能超,易⼤义编写的《数值分析》第四版4版. 武汉:华中科技⼤学出版社,2006年
聞創沟燴鐺險爱氇谴净。[4]由李培明编写的《.拉格朗⽇插值公式的⼀个应⽤》⾼等函授报(⾃然科学版).1999年第3
期.[5]由潘铁编写的中等数学报.2010年第10期.
[6]由张可村,赵英良编写的《数值计算算法与分析》[M]科学出版社2003年
湘潭⼤学
毕业论⽂(设计)评阅表
学号2011750224 姓名周维专业信息与计算科学残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。毕业论⽂(设计)题⽬:拉格朗⽇插值及中值定理的应⽤
湘潭⼤学
毕业论⽂(设计)鉴定意见
学号:2011750224 姓名:周维专业:信息与计算科学酽锕极額閉镇桧猪訣锥。