Metode de interpolare bazate pe diferenţe divizate

Σχετικά έγγραφα
Metode Runge-Kutta. 18 ianuarie Probleme scalare, pas constant. Dorim să aproximăm soluţia problemei Cauchy

Curs 10 Funcţii reale de mai multe variabile reale. Limite şi continuitate.

Interpolare. O metodă de aproximare. Universitatea,,Babeş-Bolyai. Martie 2011

INTERPOLARE. y i L i (x). L(x) = i=0

Metode iterative pentru probleme neliniare - contractii

5. FUNCŢII IMPLICITE. EXTREME CONDIŢIONATE.

Laborator 1: INTRODUCERE ÎN ALGORITMI. Întocmit de: Claudia Pârloagă. Îndrumător: Asist. Drd. Gabriel Danciu

Analiza în curent continuu a schemelor electronice Eugenie Posdărăscu - DCE SEM 1 electronica.geniu.ro

Laborator 11. Mulţimi Julia. Temă

Sisteme diferenţiale liniare de ordinul 1

Seminariile Capitolul X. Integrale Curbilinii: Serii Laurent şi Teorema Reziduurilor

Curs 14 Funcţii implicite. Facultatea de Hidrotehnică Universitatea Tehnică "Gh. Asachi"

(a) se numeşte derivata parţială a funcţiei f în raport cu variabila x i în punctul a.

Seminar 5 Analiza stabilității sistemelor liniare

Curs 4 Serii de numere reale

a n (ζ z 0 ) n. n=1 se numeste partea principala iar seria a n (z z 0 ) n se numeste partea

DISTANŢA DINTRE DOUĂ DREPTE NECOPLANARE

Integrala nedefinită (primitive)

Interpolarea funcţiilor.

V.7. Condiţii necesare de optimalitate cazul funcţiilor diferenţiabile

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor X) functia f 1

Sisteme liniare - metode directe

R R, f ( x) = x 7x+ 6. Determinați distanța dintre punctele de. B=, unde x și y sunt numere reale.

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor

SEMINAR 14. Funcţii de mai multe variabile (continuare) ( = 1 z(x,y) x = 0. x = f. x + f. y = f. = x. = 1 y. y = x ( y = = 0

Planul determinat de normală şi un punct Ecuaţia generală Plane paralele Unghi diedru Planul determinat de 3 puncte necoliniare

5.4. MULTIPLEXOARE A 0 A 1 A 2

Definiţia generală Cazul 1. Elipsa şi hiperbola Cercul Cazul 2. Parabola Reprezentari parametrice ale conicelor Tangente la conice

Conice. Lect. dr. Constantin-Cosmin Todea. U.T. Cluj-Napoca

Componente şi Circuite Electronice Pasive. Laborator 3. Divizorul de tensiune. Divizorul de curent

Componente şi Circuite Electronice Pasive. Laborator 4. Măsurarea parametrilor mărimilor electrice

Teme de implementare in Matlab pentru Laboratorul de Metode Numerice

III. Serii absolut convergente. Serii semiconvergente. ii) semiconvergentă dacă este convergentă iar seria modulelor divergentă.

Asupra unei inegalităţi date la barajul OBMJ 2006

ELEMENTE DE GEOMETRIA COMPUTAŢIONALĂ A CURBELOR Interpolare cu ajutorul funcţiilor polinomiale

SERII NUMERICE. Definiţia 3.1. Fie (a n ) n n0 (n 0 IN) un şir de numere reale şi (s n ) n n0

Curs 1 Şiruri de numere reale

Proiectarea filtrelor prin metoda pierderilor de inserţie

Examen AG. Student:... Grupa:... ianuarie 2011

riptografie şi Securitate

Noţiuni introductive

T R A I A N ( ) Trigonometrie. \ kπ; k. este periodică (perioada principală T * =π ), impară, nemărginită.

Erori si incertitudini de măsurare. Modele matematice Instrument: proiectare, fabricaţie, Interacţiune măsurand instrument:

Toate subiectele sunt obligatorii. Timpul de lucru efectiv este de 3 ore. Se acordă din oficiu 10 puncte. SUBIECTUL I.

COLEGIUL NATIONAL CONSTANTIN CARABELLA TARGOVISTE. CONCURSUL JUDETEAN DE MATEMATICA CEZAR IVANESCU Editia a VI-a 26 februarie 2005.

Ecuaţia generală Probleme de tangenţă Sfera prin 4 puncte necoplanare. Elipsoidul Hiperboloizi Paraboloizi Conul Cilindrul. 1 Sfera.

z a + c 0 + c 1 (z a)

RĂSPUNS Modulul de rezistenţă este o caracteristică geometrică a secţiunii transversale, scrisă faţă de una dintre axele de inerţie principale:,

Esalonul Redus pe Linii (ERL). Subspatii.

Laborator 6. Integrarea ecuaţiilor diferenţiale

1. Scrieti in casetele numerele log 7 8 si ln 8 astfel incat inegalitatea obtinuta sa fie adevarata. <

Examen AG. Student:... Grupa: ianuarie 2016

5.5. REZOLVAREA CIRCUITELOR CU TRANZISTOARE BIPOLARE

IV. CUADRIPOLI SI FILTRE ELECTRICE CAP. 13. CUADRIPOLI ELECTRICI

Subiecte Clasa a VIII-a

1. Completati caseta, astfel incat propozitia obtinuta sa fie adevarata lg 4 =.

CURS VII-IX. Capitolul IV: Funcţii derivabile. Derivate şi diferenţiale. 1 Derivata unei funcţii. Interpretarea geometrică.

2.1 Sfera. (EGS) ecuaţie care poartă denumirea de ecuaţia generală asferei. (EGS) reprezintă osferă cu centrul în punctul. 2 + p 2

V O. = v I v stabilizator

1.7. AMPLIFICATOARE DE PUTERE ÎN CLASA A ŞI AB

MARCAREA REZISTOARELOR

Subiecte Clasa a VII-a

Curs 2 Şiruri de numere reale

Universitatea Transilvania din Braşov Facultatea de Matematică Informatică Catedra de Informatică ERNEST SCHEIBER


TEMA 9: FUNCȚII DE MAI MULTE VARIABILE. Obiective:

Subiecte Clasa a VIII-a

Criptosisteme cu cheie publică III

BARAJ DE JUNIORI,,Euclid Cipru, 28 mai 2012 (barajul 3)

GEOMETRIE PLANĂ TEOREME IMPORTANTE ARII. bh lh 2. abc. abc. formula înălţimii

6 n=1. cos 2n. 6 n=1. n=1. este CONV (fiind seria armonică pentru α = 6 > 1), rezultă

Profesor Blaga Mirela-Gabriela DREAPTA

a. 11 % b. 12 % c. 13 % d. 14 %

Timp alocat: 180 minute. In itemii 1-4 completati casetele libere, astfel incat propozitiile obtinute sa fie adevarate.

prin egalizarea histogramei

Problema a II - a (10 puncte) Diferite circuite electrice

Orice izometrie f : (X, d 1 ) (Y, d 2 ) este un homeomorfism. (Y = f(x)).

* K. toate K. circuitului. portile. Considerând această sumă pentru toate rezistoarele 2. = sl I K I K. toate rez. Pentru o bobină: U * toate I K K 1

1.3 Baza a unui spaţiu vectorial. Dimensiune

I. Noţiuni introductive

Seminariile Capitolul IX. Integrale curbilinii

VII.2. PROBLEME REZOLVATE

Algebra si Geometrie Seminar 9

Principiul Inductiei Matematice.

Aplicaţii ale principiului I al termodinamicii la gazul ideal

Transformări de frecvenţă

Fig Impedanţa condensatoarelor electrolitice SMD cu Al cu electrolit semiuscat în funcţie de frecvenţă [36].

Concurs MATE-INFO UBB, 1 aprilie 2017 Proba scrisă la MATEMATICĂ

Subiecte MATLAB. = ax + ay, = bx y xz, = cz + xy

Electronică anul II PROBLEME

2. Circuite logice 2.4. Decodoare. Multiplexoare. Copyright Paul GASNER

FLUXURI MAXIME ÎN REŢELE DE TRANSPORT. x 4

Cursul Măsuri reale. D.Rusu, Teoria măsurii şi integrala Lebesgue 15

Laborator 4 Interpolare numerica. Polinoame ortogonale

Rezolvarea ecuaţiilor şi sistemelor de ecuaţii diferenţiale ordinare. Cuprins. Prof.dr.ing. Gabriela Ciuprina

Capitolul 2 - HIDROCARBURI 2.4.ALCADIENE

( ) () t = intrarea, uout. Seminar 5: Sisteme Analogice Liniare şi Invariante (SALI)

Proiectarea filtrelor FIR prin metoda ferestrei

GEOMETRIE PLANĂ TEOREME IMPORTANTE ARII. = înălţimea triunghiului echilateral h =, R =, r = R = bh lh 2 A D ++ D. abc. abc =

Universitatea din Bucureşti Facultatea de Matematică şi Informatică. Algebră (1)

Transcript:

Metode de interpolare bazate pe diferenţe divizate Radu Trîmbiţaş 4 octombrie 2005 1 Forma Newton a polinomului de interpolare Lagrange Algoritmul nostru se bazează pe forma Newton a polinomului de interpolare Lagrange: şi formula iterativă: (N m f)(x) = f[x 0 ] + m k=1 k 1 f[x 0,..., x k ] (x x i ), (1) (N k f)(x) = (N k 1 f)(x) + (x x 0 )...(x x k 1 )f[x 0,..., x k ], k = 1,..., m, (N 0 f)(x) = f(x 0 ). Notaţia f[x 0,..., x k ] înseamnă diferenţa divizată de ordinul k a funcţiei f cu nodurile x 0,..., x k. Calculul diferenţelor divizate se poate face în formă tabelară cu algoritmul: Intrare: x 0, x 1,..., x m, f(x 0 ), f(x 1 ),..., f(x m ), ca primă coloană Q 0,0, Q 1,0,..., Q n,0 a tabelei Q. Ieşire: numerele Q 0,0, Q 1,1,..., Q n,n, unde Q i,i = f[x 0,..., x i ]. P1. for i = 1, 2,..., n do for j=1,2,...,n do Q i,j := Q i,j 1 Q i 1,j 1 x i x i j 1 i=0

P2. returnează Q 0,0, Q 1,1,..., Q n,n. Exemplul 1. Fie funcţia dată mai jos (tabela 1); dorim să aproximăm f(1.5) utilizând polinomul de interpolare Newton. Diferenţele divizate apar pe prima linie a tabelei. Polinomul Newton corespunzător este (N 4 f)(x) = 0.7651977 0.4837057(x 1.0) 0.1087339(x 1.0)(x 1.3)+ 0.658784(x 1.0)(x 1.3)(x 1.6)+ 0.0018251(x 1.0)(x 1.3)(x 1.6)(x 1.9). Se verifică uşor că (N 4 f)(1.5) = 0.5118200. x i f(x i ) D 1 D 2 D 3 D 4 1.0 0.7651977-0.4837057-0.1087339 0.6587840 0.0018251 1.3 0.6200860-0.5489460-0.0494433 0.0680685 1.6 0.4554022-0.5786120 0.0118183 1.9 0.2818186-0.5715210 2.2 0.1103623 Tabela 1: Date pentru exemplul 1 Într-o implementare practică a algoritmului este convenabil să se sorteze în prealabil nodurile. Intrare: x 0, x 1,..., x m, f(x 0 ), f(x 1 ),..., f(x m ), x. Ieşire: Valoarea P i a polinomului de interpolare Newton. P1. Sortează x i crescător după a i = x i x. P2. D 0,0 := f(x i ); P 0 := D 0,0 ; S 1 := 1; P3. for i = 1,..., m do P3.1. D i,1 := f(x i ); P3.2. for j = 0,..., i 1 do y i,j := x i x j P3.3. for j = 1,..., i do D i,j := D i,j 1 D i 1,j 1 y i,i j+1. P3.4. S i := S i 1 a i 1 ; P i := P i 1 + S i D i,1 ; P3.5. if P i P i 1 < ε go to P4. P4. returnează P i. 2

2 Interpolare Hermite Fie x k [a, b], k = 0,..., m, x i x j pentru i j, r k N, k = 0,..., m, şi f : [a, b] R astfel încât f (j) (x k ), k = 0,..., m, j = 0,..., r k. Problema de interpolare Hermite cere determinarea unui polinom P de grad minim, care verifică P (j) (x k ) = f (j) (x k ), k = 0,..., m, j = 0,..., r k. Fie n + 1 = m + r 0 +... + r m = (r 0 + 1) +... + (r m + 1). Polinomul de interpolare Hermite are expresia: (H n f) (x) = m r k k=0 j=0 h kj (x)f (j) (x k ), (2) unde h kj sunt polinoamele fundamentale Hermite date de h kj (x) = (x x k) j j! r k j u k (x) ν=0 (x x k ) ν ν! [ ] (ν) 1, (3) u k (x) x=x k şi m u(x) = (x x k ) r k, k=0 u(x) u k (x) =. (x x k ) r k Expresia restului este: (R n f) (x) = u(x) (n + 1)! f (n+1) (ξ), ξ (α, β) unde α = min(x, x 0,..., x m ), β = max(x, x 0,..., x m ). Vom da o metodă de calcul a polinomului de interpolare Hermite cu noduri duble dedusă din polinomul de interpolare Newton. Dându-se x i şi f(x i ), f (x i ), i = 0,..., m, definim secvenţa z 0, z 1,..., z 2m+1 z 2i = z 2i+1 = x i, i = 0,..., m. 3

Construim acum tabela de diferenţe divizate a lui f pentru nodurile z i, i = 0,..., 2m+1. Deoarece z 2i = z 2i+1 = x i pentru i = 0,..., m, f[z 2i, z 2i+1 ] este o diferenţă divizată cu noduri duble şi este egală cu f (x i ), deci în locul diferenţelor divizate de ordinul I f[z 0, z 1 ], f[z 2, z 3 ],..., f[z 2m, z] vom utiliza derivatele f (x 0 ), f (x 1 ),..., f (x n ). Celelalte diferenţe divizate se obţin în mod obşnuit, aşa cum arată tabela de mai jos. Acest algoritm se poate extinde şi la alte tipuri de interpolare Hermite. Se pare că metoda este datorată lui Powell. z D 0 D 1 D 2 z 0 = x 0 f[z 0 ] = f(x 0 ) f[z 0, z 1 ] = f (x 0 ) f[z 0, z 1, z 2 ] z 1 = x 0 f[z 1 ] = f(x 0 ) f[z 1, z 2 ] f[z 1, z 2, z 3 ] z 2 = x 1 f[z 2 ] = f(x 1 ) f[z 2, z 3 ] = f (x 1 ) f[z 2, z 3, z 4 ] z 3 = x 1 f[z 3 ] = f(x 1 ) f[z 3, z 4 ] f[z 3, z 4, z 5 ] z 4 = x 2 f[z 4 ] = f(x 2 ) f[z 4, z 5 ] = f (x 2 ) z 5 = x 2 f[z 5 ] = f(x 2 ) Algoritmul de interpolare Hermite. Calculează coeficienţii polinomului de interpolare Hermite (diferenţele divizate) a lui f cu nodurile duble x k [a, b], k = 0,..., m. Intrare. x 0,..., x m, f(x 0),..., f(x m ), f (x 0 ),..., f (x m ). Ieşire. Numerele Q 0,0, Q 1,1,..., Q 2m+1,2m+1 (diferenţele divizate de pe prima linie a tabelei), unde (H 2m+1 f) (x) = Q 0,0 + Q 1,1 (x x 0 ) + Q 2,2 (x x 0 ) 2 + Q 33 (x x 0 ) 2 (x x 1 )+ Q 44 (x x 0 ) 2 (x x 1 ) 2 + +Q 2m+1,2m+1 (x x 0 ) 2 (x x 1 ) 2... (x x m 1 ) 2 (x x m ). P1. for i = 0,..., m do paşii P2 şi P3. P2. z 2i := x i ; z 2i+1 := x i ; Q 2i,0 := f(x i ); Q 2i+1,0 := f(x i ); Q 2i+1,1 := f (x i ); P3. if i 0 then Q 2i,1 = Q 2i,0 Q 2i 1,0 z 2i z 2i 1. P4. for i = 2, 3,..., 2m + 1 do for j=2,3,..., i do Q i,j = Q i,j 1 Q i 1,j 1 z i z i j P5. Extrage Q 0,0, Q 1,1,..., Q 2m+1,2m+1. Stop. Exemplu. Fie datele de intrare k x f(x) F (x) 0 1.3 0.6200860-0.5220232 1 1.6 0.4554022-0.5698959 2 1.9 0.2818186-0.5811571 4

Utilizând diferenţele divizate se obţine(datele de intrare sunt subliniate): H 5 (1.5) = 0.6200860 + (1.5 1.3)( 0.5220232) + (1.5 1.3) 2 ( 0.897427)+ (1.5 1.3) 2 (1.5 1.6)(0.0663657)+ (1.5 1.3) 2 (1.5 1.6) 2 (1.5 1.9)( 0.0027738) = 0.5118277 1.3 0.6200860-0.5220232-0.0897427 0.0663657 0.0026663 -.0027738 1.3 0.6200860-0.5489460-0.0698330 0.0679655 0.0010020 1.6 0.4554022-0.5698959-0.0290937 0.0685667 1.6 0.4554022-0.5786120-0.0084837 1.9 0.2818186-0.5811571 1.9 0.2818186 3 Probleme 1. Implementaţi o rutină pentru calculul valorilor polinomului de interpolare Hermite, dându-se punctele în care se face evaluarea, nodurile, valorile funcţiei şi ale derivatei în noduri. 2. Reprezentaţi pe acelaşi grafic f şi polinomul său de interpolare Hermite. 3. Scrieţi o rutină care reprezintă grafic o cubică parametrică Hermite (o curbă care trece prin două puncte date şi are în acele puncte tangente date). 4 Probleme practice 1. Pentru f(x) = e x şi nodurile de interpolare 0, 1, 2, aproximaţi f(0.25) prin interpolare Hermite şi comparaţi rezultatul cu cel obţinut prin interpolare Lagrange. Daţi o delimitare a erorii. Comparaţi cu rezultatul furnizat de software-ul utilizat. 2. Utilizaţi valorile date mai jos pentru a aproxima sin 0.34 utilizând interpolarea Hermite. 5

x sin x (sin x) = cos x 0.30 0.29552 0.95534 0.32 0.31457 0.94924 0.35 0.34290 0.93937 Daţi o delimitare a erorii şi comparaţi-o cu eroarea exactă. Adăugaţi datele pentru nodul x = 0.33 şi refaceţi calculele. 3. Un automobil care se deplasează pe un drum drept este cronometrată în mai multe puncte. Datele de observaţie se dau în tabela de mai jos. Utilizaţi interpolarea Hermite pentru a prevedea poziţia şi viteza automobilului la momentul t = 10. Timpul 0 3 5 8 13 Distanţa 0 225 383 623 993 Viteza 75 77 80 74 72 6