- •Методы вычислений
- •Часть I
- •Ошибки, содержащиеся в исходной информации
- •Ошибки ограничения
- •Ошибки округления
- •Абсолютная и относительная погрешности
- •Сложение и вычитание приближенных чисел
- •Умножение, деление и вычисление функций от приближенных чисел
- •Контроль вычислений
- •Принцип Лежандра
- •Контроль составления нормальных уравнений
- •Интерполяционный полином Лагранжа
- •Остаточный член формулы Лагранжа
- •Интерполяционный полином Ньютона для таблицы с переменным шагом
- •Интерполирование по таблице с постоянным шагом
- •Интерполяционнные полиномы Стирлинга, Бесселя, Ньютона
- •Интерполирование по таблице функции двух аргументов
Интерполирование по таблице функции двух аргументов
Функция задана таблицей своих значений; значениязаданы с шагом, значения- с шагом. Табличные значения функции –, индекс– для, индекс– для,. Требуется найти значение функции для некоторыхи, несовпадающих с узлами таблицы.
Эту задачу можно решить, интерполируя раз попри нескольких табличных значенияходним из методов точечного интерполирования. Так получим таблицу
t1 |
f=f(xj,t1) |
t2 |
f=f(xj,t2) |
… |
… |
tn |
f=f(xj,tn) |
Теперь осталось найти значение как было сделано выше.
Пример. Задана функция двух переменных
x t |
0.340 |
0.360 |
0.380 |
0.400 |
0.420 |
0.440 |
30 |
43.380 |
44.443 |
45.540 |
46.671 |
47.838 |
49.037 |
35 |
49.901 |
51.038 |
52.205 |
53.399 |
54.620 |
55.867 |
40 |
56.185 |
57.371 |
58.580 |
59.810 |
61.059 |
62.326 |
45 |
62.238 |
63.451 |
64.681 |
65.925 |
67.181 |
68.447 |
50 |
68.071 |
69.294 |
70.527 |
71.768 |
73.015 |
74.265 |
55 |
73.697 |
74.916 |
76.138 |
77.363 |
78.588 |
79.813 |
Найти значение функции
Проинтерполируем 6 раз по столбцам и найдем 6 значений функции для :
x t |
0.340 |
0.360 |
0.380 |
0.387 |
0.400 |
0.420 |
0.440 |
30 |
43.380 |
44.443 |
45.540 |
45.932 |
46.671 |
47.838 |
49.037 |
35 |
49.901 |
51.038 |
52.205 |
52.620 |
53.399 |
54.620 |
55.867 |
40 |
56.185 |
57.371 |
58.580 |
59.008 |
59.810 |
61.059 |
62.326 |
45 |
62.238 |
63.451 |
64.681 |
65.115 |
65.925 |
67.181 |
68.447 |
50 |
68.071 |
69.294 |
70.527 |
70.961 |
71.768 |
73.015 |
74.265 |
55 |
73.697 |
74.916 |
76.138 |
76.566 |
77.363 |
78.588 |
79.813 |
Так получим таблицу
x t |
0.387 |
30 |
45.932 |
35 |
52.620 |
40 |
59.008 |
45 |
65.115 |
50 |
70.961 |
55 |
76.566 |
По этой таблице несложно найти значение функции для :
.
Можно проконтролировать вычисления, изменив порядок интерполирования – вначале найти таблицу , а затем. Результат должен быть тем же.
ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЕ ПО ТАБЛИЦЕ
Интерполяционными формулами как приближением табличной функции можно воспользоваться для приближенного вычисления производной приближаемой функции в произвольной точке. Интерполяционный полином строится обычно для нормированного значения аргумента . Обозначим интерполяционный полином через , а интерполируемую функцию. Тогда
, ,,.
Аналогично .
Найдем производные с использованием формулы Стирлинга. Выпишем ее в виде, предшествующем [14]
.
.
. [18]
В простейшем случае, ограничиваясь первыми слагаемыми, имеем
,
; [19a]
,
. [19b]
Если требуется вычисление производных вблизи начала таблицы, то придется использовать формулу Ньютона для интерполирования «вперед» [16]:
EMBED Equation.3
,
. [20]
Если требуется вычисление производных вблизи конца таблицы, то придется использовать формулу Ньютона для интерполирования «назад» [17]:
,
. [21]
Пример Пусть требуется вычислить значение 1-й 2-й производной x при t=0.05 по формуле Стирлинга.
h=0.1, примем t0=0, поэтому . Из [14]
, .
,
.
Таким образом, можно находить производные m-го порядка. Очевидно, что порядок искомой производной должен быть не больше порядка используемых разностей. Если порядок производной больше табличных разностей, то она тождественно обращается в 0.