ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΠΑΡΕΜΒΟΛΗ. Εστω f πραγµατική συνάρτηση, της οποίας είναι γνωστές µόνον οι τιµές f(x i ) σε n+1 σηµεία xi

Σχετικά έγγραφα
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΜΗ ΓΡΑΜΜΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΕΛΑΧΙΣΤΑ ΤΕΤΡΑΓΩΝΑ

ΜΕΜ251 Αριθμητική Ανάλυση

Αριθµητική Ανάλυση. Ενότητα 5 Προσέγγιση Συναρτήσεων. Ν. Μ. Μισυρλής. Τµήµα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών,

Kεφάλαιο 4. Συστήµατα διαφορικών εξισώσεων

Kεφάλαιο 4. Συστήµατα διαφορικών εξισώσεων.

KΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΥΝΑΜΟΣΕΙΡΕΣ-ΣΕΙΡΕΣ TAYLOR

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΑΡΑΓΩΓΟΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΩΝ

KΕΦΑΛΑΙΟ 3. Πλεγµένες συναρτήσεις- Ανάπτυγµα Taylor-Aκρότατα

f x = f a + Df a x a + R1 x, a, x U και από τον ορισµό της 1 h f a h f a h a h h a R h a i i j

Γ' ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΗ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ ÏÅÖÅ

Παρεµβολή και Προσέγγιση Συναρτήσεων

Αριθμητική Ανάλυση και Εφαρμογές

Γ' ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΗ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ. Εποµένως η f είναι κοίλη στο διάστηµα (, 1] και κυρτή στο [ 1, + ).

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΕΠΙΛΥΣΗ ΓΡΑΜΜΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. nn n n

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟ ΟΙ ΕΥΡΕΣΗΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΩΝ Ι ΙΟΤΙΜΩΝ. 4.1 Γραµµικοί µετασχηµατισµοί-ιδιοτιµές-ιδιοδιανύσµατα

Αριθμητική Ανάλυση και Εφαρμογές

ΣΕΙΡΕΣ TAYLOR. Στην Ενότητα αυτή θα ασχοληθούµε µε την προσέγγιση συναρτήσεων µέσω πολυωνύµων. Πολυώνυµο είναι κάθε συνάρτηση της µορφής:

f x = f a + Df a x a + R1 x, a, x U και από τον ορισµό της 1 h f a h f a h a h h a R h a i i j

KΕΦΑΛΑΙΟ 8 ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟ ΟΙ ΕΠΙΛΥΣΗΣ ΣΥΝΗΘΩΝ. Το τυπικό πρόβληµα αρχικών τιµών που θα µας απασχολήσει, είναι το ακόλουθο:

Η ΤΕΧΝΗ ΤΟΥ ΙΑΒΑΣΜΑΤΟΣ ΜΕΤΑΞΥ ΤΩΝ ΑΡΙΘΜΩΝ (ΠΑΡΕΜΒΟΛΗ ΚΑΙ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ)

Αριθμητικές Μέθοδοι σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον

Aριθμητική Ανάλυση, 4 ο Εξάμηνο Θ. Σ. Παπαθεοδώρου

Ακρότατα υπό συνθήκη και οι πολλαπλασιαστές του Lagrange

KΕΦΑΛΑΙΟ 4 AΚΟΛΟΥΘΙΕΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΩΝ ΑΡΙΘΜΩΝ

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Kεφάλαιο 4. Συστήματα διαφορικών εξισώσεων. F : : F = F r, όπου r xy

Κεφάλαιο 3 ΠΑΡΑΓΩΓΟΣ. 3.1 Η έννοια της παραγώγου. y = f(x) f(x 0 ), = f(x 0 + x) f(x 0 )

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2016 Β ΦΑΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ. lim = 0. Βλέπε σελίδα 171 σχολικού. σχολικού βιβλίου.

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2017 Α ΦΑΣΗ

Νικόλαος. Ατρέας. Aριθµητική Ανάλυση Α.Π.Θ. Τµήµα πληροφορικής Α.Π.Θ.

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2016 Β ΦΑΣΗ

Κεφάλαιο 3ο: ΙΑΦΟΡΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ 2ο ΜΕΡΟΣ

Αριθµητική Ανάλυση. 14 εκεµβρίου Αριθµητική ΑνάλυσηΚεφάλαιο 6. Παρεµβολή 14 εκεµβρίου / 28

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. Παράγωγος συναρτήσεων πολλών µεταβλητών. είναι µία κατεύθυνση στον (δηλαδή ένα. E. Αν υπάρχει το όριο ( + ) ( ) ( )

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ: ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΘΕ: ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΉ Ι (ΠΛΗ 12) ΛΥΣΕΙΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 3

Εισαγωγή στον Προγραµµατισµό. Ανάλυση (ή Επιστηµονικοί 19Υπολογισµοί)

Ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής

3 η δεκάδα θεµάτων επανάληψης

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Ηµεροµηνία: Κυριακή 27 Απριλίου 2014 ιάρκεια Εξέτασης: 3 ώρες ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

ΘΕΩΡΙΑ: Έστω η οµογενής γραµµική διαφορική εξίσωση τάξης , (1)

Συµπληρωµατικές σηµειώσεις για τον «Επιστηµονικό Υπολογισµό» Χειµερινό εξάµηνο Τµήµα Μαθηµατικών, Πανεπιστήµιο Αιγαίου

ΜΑΘΗΜΑ ΕΥΤΕΡΟ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΓΙΑ ΟΙΚΟΝΟΜΟΛΟΓΟΥΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ (ΟΡΙΟ ΚΑΙ ΣΥΝΕΧΕΙΑ)

5 ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΗ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΚΑΜΠΥΛΩΝ

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ - ΥΠΟ ΕΙΞΕΙΣ ΣΤΙΣ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2014

( a) ( ) n n ( ) ( ) a x a. x a x. x a x a

5. Σειρές Taylor και Laurent. Ολοκληρωτικά υπόλοιπα και εφαρµογές.

15 εκεµβρίου εκεµβρίου / 64

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ 2013 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΘΕΤΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ 2008 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Αριθµητική Ολοκλήρωση

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ «ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ» ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12) ΕΡΓΑΣΙΑ 4

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2016 Β ΦΑΣΗ Γ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ: ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥ ΩΝ / ΣΠΟΥ ΩΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ & ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

4.3 ΠΟΛΥΩΝΥΜΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ & ΑΝΙΣΩΣΕΙΣ

ΑΛΓΕΒΡΙΚΕΣ ΟΜΕΣ Ι. Ασκησεις - Φυλλαδιο 2

Κεφάλαιο 8 Το αόριστο ολοκλήρωµα

ΧΡΗΣΙΜΑ ΘΕΜΑΤΑ ΘΕΩΡΙΑΣ ΟΡΙΩΝ

1 Πολυωνυµική Παρεµβολή

ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΚΑΙ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟ ΟΣ:

5 Γενική µορφή εξίσωσης ευθείας

x x = ( x) = 0, = = f x x x = συν x e e = ;

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2017 Β ΦΑΣΗ Γ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ: ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥ ΩΝ / ΣΠΟΥ ΩΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ & ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

KΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΧΡΗΣΙΜΕΣ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ. { 1,2,3,..., n,...

Αριθµητική Ανάλυση. ιδάσκοντες: Τµήµα Α ( Αρτιοι) : Καθηγητής Ν. Μισυρλής, Τµήµα Β (Περιττοί) : Επίκ. Καθηγητής Φ.Τζαφέρης. 25 Μαΐου 2010 ΕΚΠΑ

Αριθµητική Ανάλυση. ιδάσκοντες: Τµήµα Α ( Αρτιοι) : Καθηγητής Ν. Μισυρλής, Τµήµα Β (Περιττοί) : Επίκ. Καθηγητής Φ.Τζαφέρης. 21 εκεµβρίου 2015 ΕΚΠΑ

(, ) ( x0, ), τότε να αποδείξετε ότι το. x, στο οποίο όμως η f είναι συνεχής. Αν f ( x) 0 στο

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο: ΔΙΑΦΟΡΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ ΕΝΟΤΗΤΑ 5: ΘΕΩΡΗΜΑ ROLLE [Θεώρημα Rolle του κεφ.2.5 Μέρος Β του σχολικού βιβλίου]. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ

11 Το ολοκλήρωµα Riemann

4.5.6 ΡΗΤΑ ΠΟΛΥΩΝΥΜΙΚΑ ΤΜΗΜΑΤΑ Η ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ ΣΗΜΕΙΟΥ ΜΕ ΒΑΡΟΣ ΤΟ ΚΥΚΛΙΚΟ ΤΜΗΜΑ

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Αριθµητική επίλυση εξισώσεων και παρεµβολή µέσω υπολογιστή για την εκπαιδευτική διαδικασία

6. Αρµονικές συναρτήσεις και συνοριακά προβλήµατα (Dirichlet).

5 Παράγωγος συνάρτησης

Κεφ. 3: Παρεμβολή. 3.1 Εισαγωγή. 3.2 Πολυωνυμική παρεμβολή Παρεμβολή Lagrange Παρεμβολή Newton. 3.3 Παρεμβολή με κυβικές splines

Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ03

1. στο σύνολο Σ έχει ορισθεί η πράξη της πρόσθεσης ως προς την οποία το Σ είναι αβελιανή οµάδα, δηλαδή

Αόριστο Ολοκλήρωµα ρ. Κωνσταντίνα Παναγιωτίδου

Κεφάλαιο 2ο: ΙΑΦΟΡΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ 2ο ΜΕΡΟΣ

A2. ΠΑΡΑΓΩΓΟΣ-ΚΛΙΣΗ-ΜΟΝΟΤΟΝΙΑ

Kεφάλαιο 5. µετασχηµατισµού Laplace.

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 1

Κεφάλαιο 5. Το Συμπτωτικό Πολυώνυμο

Μάθηµα 1. Κεφάλαιο 1o: Συστήµατα. γ R παριστάνει ευθεία και καλείται γραµµική εξίσωση µε δύο αγνώστους.

Αριθμητική Ανάλυση και Εφαρμογές

Το θεώρηµα πεπλεγµένων συναρτήσεων

Σηµειώσεις. Eφαρµοσµένα Μαθηµατικά Ι. Nικόλαος Aτρέας

... ονοµάζεται ακολουθία µερικών αθροισµάτων. Το όριό της, καθώς το n τείνει στο άπειρο, n n n 1

Η f(x) y είναι συνεχής στο [0, 2α], σαν διαφορά των συνεχών f(x) και y = 8αx 8α 2

Κεφάλαιο 7 Βασικά Θεωρήµατα του ιαφορικού Λογισµού

Αλγεβρικες οµες Ι Ασκησεις - Φυλλαδιο 2

1. ** Αν F είναι µια παράγουσα της f στο R, τότε να αποδείξετε ότι και η

ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

KΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΕΙΡΕΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΩΝ ΑΡΙΘΜΩΝ

ΠΑΡΑΓΩΓΟΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ. Εφαπτοµένη ευθεία

Σηµειώσεις στις σειρές

ΕΥΡΕΣΗ ΣΥΝΟΛΟΥ ΤΙΜΩΝ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ. της f : A. Rούτε εύκολη είναι ούτε πάντοτε δυνατή. Για τις συναρτήσεις f (x) = x ηµ x και ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ


Κεφάλαιο 2. Παραγοντοποίηση σε Ακέραιες Περιοχές

Transcript:

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΠΑΡΕΜΒΟΛΗ 5 Πολυωνυµική παρεµβολή Εστω f πραγµατική συνάρτηση της οποίας είναι γνωστές µόνον οι τιµές f(x ) σε + σηµεία x = του πεδίου ορισµού της Το πρόβληµα εύρεσης µιας συνάρτησης φ (από ένα ορισµένο σύνολο συναρτήσεων Σ) έτσι ώστε η φ να προσδιορίζεται µόνον από τις τιµές f(x ) και να πληροί τις συνθήκες ϕ ( x) = f( x) = καλείται παρεµβολή Αν το σύνολο Σ είναι αρκετά «πλούσιο» τότε η τιµή της συνάρτησης φ(x) για x x µπορεί να θεωρηθεί ότι προσεγγίζει την τιµή f(x) Σχήµα 5: Πολυωνυµική παρεµβολή Στο Κεφάλαιο αυτό θα προσεγγίσουµε συναρτήσεις µε παρεµβολή µε πολυώνυµα ή µε τµηµατικά πολυωνυµικές συναρτήσεις O λόγος είναι ότι κατασκευάζονται πολύ εύκολα µε πολ/σµούς και προσθαφαιρέσεις παραγωγίζονται και ολοκληρώνονται πολύ εύκολα και έχουν καλές προσεγγιστικές ιδιότητες Πράγµατι: Θεώρηµα 5 (Weerstrass) Εστω f Cab [ ] όπου Cab [ ] είναι το σύνολο των συνεχών συναρτήσεων στο κλειστό διάστηµα [αb] τότε για κάθε ε > υπάρχει πολυώνυµο π ( x) τέτοιο ώστε: max x [ a b] f( x) π ( x) < ε Θεώρηµα 5 (Yπαρξης και µοναδικότητας του πολυωνύµου παρεµβολής) Εστω + σηµεία του επιπέδου ( x y) = τότε υπάρχει µοναδικό πολυώνυµο p(x) βαθµού το πολύ τέτοιο ώστε: 74

p( x ) = y = (5) Aπόδειξη: Εστω p( x) = a + ax+ + ax πολυώνυµο βαθµού το πολύ µε αγνώστους τους συντελεστές a a a τότε από την (5) προκύπτει ένα γραµµικό σύστηµα + εξισώσεων µε + αγνώστους Το αντίστοιχο οµογενές σύστηµα p( x) = = έχει προφανώς ως µοναδική λύση την τετριµµένη µηδενική λύση διότι το p ως πολυώνυµο το πολύ βαθµού έχει το πολύ ρίζες και όχι + που υπονοεί το παραπάνω οµογενές σύστηµα Εφόσον το οµογενές σύστηµα έχει µόνον την τετριµµένη λύση το γραµµικό σύστηµα (5) έχει µοναδική λύση Εστω f είναι µια πραγµατική συνάρτηση και p ένα πολυώνυµο βαθµού το πολύ τέτοιο ώστε p( x) = f( x) = τότε το µοναδικό πολυώνυµο p καλείται πολυώνυµο παρεµβολής της f στα σηµεία x x Ισχύει δε: Θεώρηµα 53 (Σφάλµα προσέγγισης) Εστω = και + f C [ a b ] + όπου C [ a b] είναι το σύνολο των συναρτήσεων που είναι + φορές συνεχώς παραγωγίσιµες στο κλειστό διάστηµα [αb] Αν p είναι το πολυώνυµο παρεµβολής της f στα σηµεία x [ ] x a b τότε: ( + ) f x [ a b] ( )! = f p max x x + όπου: f = max x [ a b] f( x) + Απόδειξη: Eστω f C [ a b] x [ ] x a b και x x θέτουµε ( ) και ορίζουµε µία βοηθητική συνάρτηση φ (t) ως εξής: Φ () t = t x = f( x) p( x) ϕ() t = f() t p() t Φ() t t [ a b] Φ( x) Είναι εύκολο να δει κανείς ότι ϕ + () [ ] t C a b και 75

ϕ ( x ) = = και ϕ ( x) = άρα η φ έχει στο διάστηµα [αb] τουλάχιστον + διαφορετικές ρίζες Mε χρήση του Θεωρήµατος Rolle προκύπτει ότι η ϕ έχει στο ανοικτό διάστηµα (αb) τουλάχιστον + διαφορετικές ρίζες η ϕ έχει στο ανοικτό διάστηµα (αb) τουλάχιστον διαφορετικές ρίζες κλπ και τέλος η ( ) έχει στο ανοικτό διάστηµα (αb) τουλάχιστον ρίζα ξ Επειδή ϕ + έχουµε: ( ) ( ) f( x) p( x) ϕ + () t = f + () t ( +! ) Φ( x) ( + ) ( + ) f( x) p( x) = ϕ ( ξ) = f ( ξ) ( + )! Φ( x) ( + f ) ( ξ ) f ( x) p( x) = Φ( x)! ( + ) 5 Kατασκευή πολυωνύµου παρεµβολής (α) Πολυώνυµο Lagrage Εστω + σηµεία του επιπέδου (x y ) = τότε το πολυώνυµο Lagrage που διέρχεται από τα σηµεία (x y ) έχει τη µορφή: p ( x) y L( x) = (5) = όπου τα πολυώνυµα: ( x x) ( x x )( x x+ ) ( x x) ( x x )( x x )( x x )( x x ) L ( x) = = καλούνται συντελεστές Lagrage + Παράδειγµα 5 Υπολογίστε το πολυώνυµο παρεµβολής του Lagrage που διέρχεται από τα σηµεία: (--3) (-) (-) 76

Λύση Αριθµoύµε τα σηµεία µας ξεκινώντας πάντοτε από την τιµή = και έχουµε: x x x x - y -3 - - y y y Aπό τον τύπο (5) έχουµε: p( x) = y L( x) = 3 L( x) L( x) L( x) Yπολογίζουµε: = ( )( ) ( x x )( x x ) ( )( ) ( )( ) x x x x x x x x L ( x) = = = ( )( ) ( x x )( x x ) ( )( ) ( )( ) x x x x x+ x x L ( x) = = = + ( )( ) ( x x )( x x ) ( )( ) ( )( ) x x x x x+ x x + x L ( x) = = = + Aντικαθιστούµε στον τύπο του πολυωνύµου p (x) και υπολογίζουµε: (β)-πολυώνυµο Newto x x x x + x p( x) = 3 = x Εστω + σηµεία του επιπέδου (x y ) = τότε τo πολυώνυµο του Newto που διέρχεται από τα σηµεία (x y ) έχει τη µορφή: p( x) a a( x x) a( x x)( x x) a( x x)( x x ) = + + + + (53) όπου οι συντελεστές a a a υπολογίζονται µε τη µέθοδο των διαιρεµένων ή προσαρτηµένων διαφορών ως εξής: Κατασκευάζουµε τον ακόλουθο πίνακα: 77

x y ιαιρεµένες ης τάξης διαφορές ιαιρεµένες διαφορές ης τάξης ιαιρεµένες διαφορές τάξης x y = (y -y ) / (x -x ) = ( - ) / (x -x ) = ( - - - ) / (x -x ) x y = (y -y ) / (x -x ) = ( 3 - ) / (x 3 -x ) x - y - = (y -y - ) / (x -x - ) - = ( - - ) / (x -x - ) x y ακολουθώντας τους εξής κανόνες: () οι δύο πρώτες στήλες είναι οι στήλες των δεδοµένων x και y όπου τα x διατάσσονται από το µικρότερο στο µεγαλύτερο δηλαδή: x < x < < x () Oρίζουµε τις διαιρεµένες διαφορές ης τάξης από τη σχέση: y y = = x x (3) Oρίζουµε τις διαιρεµένες διαφορές -τάξης = από τη σχέση: j+ j j = j = + xj+ xj (4) Oι συντελεστές α = του πολυωνύµου του Newto υπολογίζονται ως εξής: a y = = = Παράδειγµα 5 Να υπολογισθεί το πολυώνυµο του Newto που παρεµβάλλει µία συνάρτηση f(x) στα σηµεία: x - - 3 y 5 3-4 Λύση Kατασκευάζουµε τον ακόλουθο πίνακα διαιρεµένων διαφορών: x y ης τάξης δδ ης τάξης δδ 3 ης τάξης δδ 4 ης τάξης δδ - 3 (5-3)/(--(-))= (-7-)/(-(-))=-9/ (/3+9/)/(-(-))=47/4 (-7/-47/4)/5=-8/ - 5 (--5)/(-(-))=-7 (3-(-7))/(-(-))=/3 (-7/3-/3)/(3-(-))=-7/ 78

- (4-(-))/(-)=3 (-4-3)/(3-)=-7/3 4 (-4)/(3-)=-4 3 Aρα το πολυώνυµο του Newto είναι το εξής: 9 47 8 p4( x) = 3+ ( x+ ) ( x+ )( x+ ) + ( x+ )( x+ ) x ( x+ )( x+ ) x( x ) 4 και προκύπτει από τον τύπο (53) για x = - x = - x = x 3 = µε τους συντελεστές α α α 4 να προκύπτουν από τη σχέση (53) σε συνδυασµό µε τον πίνακα διαιρεµένων διαφορών (βλέπε αριθµούς µε κόκκινη απόχρωση) που κατασκευάσαµε: α =3 α = α =-9/ α 3 =47/4 α 4 =-8/ Σηµείωση Για πολλές συναρτήσεις f το µέγιστο σφάλµα f p κατά την προσέγγιση της f µε ένα πολυώνυµο παρεµβολής p τείνει στο µηδέν Αυτό όµως δε συµβαίνει πάντα Από τον Ruge δόθηκε το παράδειγµα της συνάρτησης f( x) = + 5x η οποία είναι απειροδιαφορίσιµη στο κλειστό διάστηµα [-] και για την οποία ισχύει f p Γενικότερα ο Faber απέδειξε το 94 ότι για οποιαδήποτε επιλογή των σηµείων παρεµβολής υπάρχει συνεχής συνάρτηση για την οποία η παρεµβολή αποτυγχάνει 53 Παρεµβολή Hermtte Εστω f µία πραγµατική συνάρτηση και ας υποθέσουµε ότι ζητούµε από την παρεµβάλλουσα συνάρτηση φ(x) της f να έχει εκτός της ταύτισης µε την f στα σηµεία παρεµβολής x x και τις ίδιες παραγώγους µέχρι κάποια τάξη µε την f όπου η τάξη µπορεί να διαφέρει από σηµείο σε σηµείο Τότε µιλούµε για παρεµβολή τύπου Ηermtte Θεώρηµα 53 (Yπαρξης και µοναδικότητας του πολυωνύµου παρεµβολής) Εστω m m φυσικοί αριθµοί Ν = + m + +m p N M πολυώνυµο βαθµού Ν και Μ = max{m m } Aν f C [ a b] και ( x f( x)) = + σηµεία του επιπέδου τότε υπάρχει µοναδικό πολυώνυµο p Ν (x) βαθµού το πολύ Ν τέτοιο ώστε: 79

p ( x ) = f ( x ) = m () () N () () N = = p ( x ) f ( x ) m p ( x ) = f ( x ) = m () () N (54) Η πιο συνηθισµένη περίπτωση είναι αυτή κατά την οποία ζητούµε να υπολογίσουµε το πολυώνυµο Hermtte που ικανοποιεί τα δεδοµένα: p ( x ) = f( x ) p ( x ) = f ( x ) = (55) N N Θεώρηµα 53 (Σφάλµα προσέγγισης) Εστω = + f C [ a b] και p + είναι το πολυώνυµο παρεµβολής Hermtte που ικανοποιεί την (55) στα σηµεία x [ ] x a b τότε: (+ ) f x [ a b] ( )! = f p max x x + Κατασκευή του πολυωνύµου Hermtte Θεωρούµε τη σχέση (54) όπου χωρίς περιορισµό της γενικότητας έχουµε υποθέσει ότι x < <x Ορίζουµε µία νέα ακολουθία σηµείων ως εξής: x x x x x x x x x (56) m + φορες m + φορες m + φορες και για την ακολουθία (56) κατασκευάζουµε το πολυώνυµο Hermtte να είναι το πολυώνυµο Newto (53) όπου οι συντελεστές του υπολογίζονται όπως είδαµε στις σελ 78-79 µε µία µόνον επιπλέον συνθήκη: (Σ) όποτε βρίσκουµε στις διαιρεµένες διαφορές -τάξης την ποσότητα / (µηδέν διά µηδέν) θα την αντικαθιστούµε µε την ποσότητα: () f ( xk ) k! Παράδειγµα 53 Να υπολογισθεί το πολυώνυµο του Ηermtte που ικανοποιεί τα δεδοµένα: 8

f() = f () = 4 f() = 4 f () = 4 f () = 4 f(4) = 6 Λύση Kατασκευάζουµε την ακολουθία (56) ως εξής: προφανώς έχουµε 3 σηµεία τα f() = f() = 4 f(4) = 6 τις τετµηµένες των οποίων διατάσσουµε κατ αύξουσα τάξη λόγω του κανόνα () της σελ 78 Ετσι έχουµε x = x = x = 4 Στη συνέχεια κάθε σηµείο επαναλαµβάνεται τόσες φορές όσο είναι η µέγιστη τάξη της παραγώγου του άρα το x = θα επαναληφθεί µία φορά το x = θα επαναληφθεί φορές ενώ το x = δεν θα επαναληφθεί Ετσι κατασκευάζουµε την ακολουθία (56): 4 { 4 } Το πολυώνυµο του Hermtte κατασκευάζεται όπως το πολυώνυµο Newto µε την επιπλέον συνθήκη (Σ) (βλέπε σελ 8) Κατασκευάζουµε πρώτα τον πίνακα διαιρεµένων διαφορών: x y ης τάξης δ δ ης τάξης δ δ 3 ης τάξης δ δ 4 ης τάξης δ δ / f () = 4 (-4)/(-)=- (-(-))/(-) = (3/-)/(-)=/4 (4-)/(-) = (4-)/(-)= (4-)/(-) = 3/ (5/4-3/)/(4-)=-/6 4 / f () = 4 / f ()/ = 4 (-(-3/))/(4-)=5/4 4 / f () = 4 (-4)/(4-) = -3/ 4 (6-4)/(4-) = 4 6 5 ης τάξης δ δ (-/6-/4)/(4-)=-5/64 Aρα το πολυώνυµο του Hermtte είναι το εξής: p ( x ) = + 4( x ) ( x )( x ) + ( x )( x )( x ) 5 5 + ( x )( x )( x )( x ) ( x )( x )( x )( x )( x ) 4 64 και προκύπτει από τον τύπο (53) για x = x = x = x 3 = x 4 = µε τους συντελεστές α α α 4 α 5 να προκύπτουν από τη σχέση (53) σε συνδυασµό µε τον πίνακα διαιρεµένων διαφορών (βλέπε αριθµούς µε κόκκινη απόχρωση) που κατασκευάσαµε: α = α =4 α =- α 3 = α 4 =/4 α 5 = -5/64 8

54 Sples Eστω a= x < x < < x = b είναι ένας διαµερισµός του κλειστού διαστήµατος [αb] τότε sples ως προς αυτό το διαµερισµό καλούνται γενικά εκείνες οι συναρτήσεις που σε κάθε υποδιάστηµα [x x + ] έχουν µία ορισµένη µορφή είναι πχ πολυώνυµα βαθµού m Ορισµός 54 Eστω a x x x b = < < < = είναι ένας διαµερισµός του m κλειστού διαστήµατος [αb] Κάθε συνάρτηση s C [ a b] τέτοια ώστε ο περιορισµός s [ x ] x = να είναι πολυώνυµο βαθµού m καλείται + πολυωνυµική sple βαθµού m Για παράδειγµα οι πολυωνυµικές sples βαθµού είναι οι συνεχείς τεθλασµένες γραµµές Σηµαντικό ρόλο στις εφαρµογές παίζουν οι κυβικές sples δηλαδή οι συναρτήσεις που είναι φορές παραγωγίσιµες στο κλειστό διάστηµα [αb] και είναι κυβικά πολυώνυµα σε κάθε υποδιάστηµα ενός οποιουδήποτε διαµερισµού του [αb] Εστω a= x < x < < x = b οποιοδήποτε διαµερισµός του [αb] για τον προσδιορισµό µιας κυβικής sple απαιτείται η εύρεση συνολικά 4 σταθερών δηλαδή των συντελεστών του αντιστοίχου κυβικού πολυωνύµου s ( x) = a + a x+ a x + a x () () () () () 3 3 σε κάθε υποδιάστηµα [x x + ] = - Eχουµε λοιπόν + σχέσεις από τις συνθήκες παρεµβολής () s ( x ) = f( x ) = - σχέσεις από τις συνθήκες συνέχειας στους εσωτερικούς κόµβους s ( x ) = s ( x ) = ( ) ( ) και (-) σχέσεις από τις συνθήκες παραγωγισιµότητας στους εσωτερικούς κόµβους ( ) ( ) ( ) ( ) s ( x) = s ( x ) = 8

( ) ( ) ( ) ( ) s ( x ) = s ( x) = συνολικά δηλαδή µπορούµε να προσδιορίσουµε (-) εξισώσεις Οι υπόλοιπες δύο είναι συνήθως διαφόρων τύπων συνοριακές εξισώσεις που αφορούν τους συνοριακούς κόµβους α και b Για παράδειγµα αν ισχύει ( ) = ( ) = s x s x τότε λέµε ότι έχουµε φυσικές κυβικές sples Ισχύει µάλιστα: Θεώρηµα 54 Εστω f C 4 [ a b] και έστω s η κυβική πολυωνυµική sple που παρεµβάλλει την f στα σηµεία a= x < x < < x = b τότε υπάρχουν σταθερές C m m = 3 τέτοιες ώστε: ( ) ( ) 4 (4) m m f s m Cm h f όπου h είναι η µέγιστη τιµή του εύρους µεταξύ των υποδιαστηµάτων [x x + ] = - Για να υπολογίσουµε τις κυβικές sples εργαζόµαστε ως εξής: εφόσον η s είναι κυβική sple η s είναι συνεχής συνάρτηση και µάλιστα θα είναι µία τεθλασµένη γραµµή οπότε κάθε ευθύγραµµο ( j) τµήµα αυτής της γραµµής είναι η ( s ) ( x) j = η οποία µε χρήση του πολυωνύµου Lagrage που διέρχεται από τα σηµεία µπορεί να γραφεί ως εξής: x x x x s x = a + a x x x x ( j) j+ ( ) ( ) j j j+ j j+ j+ j όπου α j α j+ άγνωστοι τους οποίους θέλουµε να προσδιορίσουµε Mε αυτή τη γραφή ισχύει ότι ( s ( j) ) ( x ) ( ( j) ) ( ) ( ( ) ) ( ) ( ( ) j j j aj s xj aj s xj aj s + + ) ( xj) = = = = Ολοκληρώνοντας φορές και χρησιµοποιώντας τις συνθήκες παρεµβολής προσδιορίζουµε τις άγνωστες σταθερές 83

Σηµειώνουµε ότι στα περισσότερα µαθηµατικά λογισµικά υπάρχουν ειδικές εντολές που υπολογίζουν άµεσα τις κυβικές sples Παράδειγµα 4 Eστω {x = - x = x = } ένας οµοιόµορφος διαµερισµός του διαστήµατος [-] Προσδιορίστε τη φυσική κυβική sple που παρεµβάλλεται σε µία συνάρτηση f στα σηµεία x = έτσι ώστε f(x ) = f(x ) = f(x ) = 6 () () Λύση Εστω s( x ) η φυσική κυβική sple και s ( x) s ( x ) τα κυβικά πολυώνυµα στα υποδιαστήµατα [-] και [] αντίστοιχα Προφανώς ( j) κάθε συνάρτηση ( s ) ( x) είναι ένα πολυώνυµο ου βαθµού δηλαδή ένα ευθύγραµµο τµήµα οπότε αν α jk jk = είναι άγνωστες σταθερές έχουµε: () ( ) () ( ) s ( x) = a x+ a s ( x) = a x+ a ( ) = () = () = () oπότε Προφανώς ( s () ) ( s () ) ( s () ) ( s () ) βρίσκουµε ότι: a = a a = a a = a δηλαδή: () ( ) s ( x) = a x+ a () ( s ) ( x) = a x+ a άρα η συνάρτηση s ( x) είναι συνεχής (όπως απαιτείται) Ολοκληρώνοντας παίρνουµε: () x ( s ) ( x) = a + ax+ c () x ( s ) ( x) = a + ax+ c 84

() () Eπειδή πρέπει ( s ) ( s ) () = () παίρνουµε εύκολα ότι c = c οπότε: () x ( s ) ( x) = a + ax+ c () x ( s ) ( x) = a + ax+ c άρα η συνάρτηση s ( x) είναι συνεχής (όπως απαιτείται) Ολοκληρώνοντας παίρνουµε: x x 6 x x = + + + 6 3 () s ( x) = a + a + cx+ d 3 () s ( x) a a cx d (5) Eπειδή πρέπει οπότε: s () = s () = παίρνουµε εύκολα ότι d = d = () () 3 () x x s ( x) = a + a + cx+ 6 3 () x x s ( x) = a + a + cx+ 6 άρα η συνάρτηση s( x ) είναι συνεχής (όπως απαιτείται) Τέλος επειδή s ( ) = s () = 6 λύνουµε το σύστηµα: () () 3 () ( ) ( ) s ( ) = a + a + c( ) + 6 3 () s () a a c = 6 + + + ως προς a c Εχουµε: 85

απ όπου προκύπτει εύκολα ότι: a = a + a c + 6 6 = a + a + c + 6 = 3 c = 3 και τελικά από την (5) παίρνουµε: sx ( ) 3 ( ) = + + 3 + [ ) ( ) 3 [] () 3 s x x x x x = () 3 3 s x = x + x + x+ x AΛΥΤΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Να προσδιορισθεί το πολυώνυµο Lagrage που διέρχεται από τα δεδοµένα: () (--9) (--) (-) () () (-) ( ) ( -4) () (-3) (57) Aπάντ () y = x 3 - () y = x -9x+ () y = x-3 Να προσδιορισθεί το πολυώνυµο Νewto που διέρχεται από τα δεδοµένα: () (--3) () (5) (3) () (-9) ( 5) ( 9) Aπάντ () y = x 3 - x +x+ () y = x -9x+ 3 Να προσδιορισθεί το πολυώνυµο Ηermtte που ικανοποιεί τα δεδοµένα: () f()= f ()= f ()=4 f()=6 f()=8 f(4)=6 () f()=3 f ()=4 f()=6 f ()=4 f ()= f ()=6 Aπάντ () y = 4/48 x 5 8/6 x 4 + 49/4 x 3 + x +x () y = 3x 5-6 x 4 + 89 x 3-49x +4 x-38 4 Eστω {x = - x = - x = x 3 = x 4 = } ένας οµοιόµορφος διαµερισµός του διαστήµατος [-] Προσδιορίστε τη φυσική κυβική 86

sple που παρεµβάλλεται σε µία συνάρτηση f στα σηµεία x = έτσι ώστε f(x ) = f(x ) = 4 f(x ) = f(x 3 ) = - f(x 4 ) = -6 5 Εστω f(x) = x 3 - Nα βρεθεί ένα πολυώνυµο παρεµβολής που παρεµβάλλει την f στα σηµεία x = - x = - x = Να υπολογίσετε το σφάλµα της παρεµβολής 6 Εστω f(x) = e x Θεωρούµε έναν πίνακα τιµών της f(x) στα σηµεία x = h = N- όπου Ν = /h Nα προσδιορίσετε το βήµα h έτσι ώστε η προσέγγιση της f(x) µε ένα πολυώνυµο παρεµβολής ου βαθµού να δίνει ακρίβεια 3 δεκαδικών ψηφίων 87