- •1. Структура погрешности в численном анализе.
- •2.3.Округление.
- •4. Понятие близости в метрическом пространстве.
- •Примеры классов функций и соответствующих нормированных пространств.
- •Задача наилучшего приближения в нормированном пространстве.
- •Задача приближения полиномами.
- •Интерполяция.
- •Конечные разности.
- •7.Интерполяционный многочлен Ньютона.
- •6.Запись интерполяционного многочлена для равноотстоящих узлов.
- •9. Среднеквадратичное приближение функции.
- •10. Классические ортогональные многочлены и их применение в задачах приближения функций.
- •11.Полиномы Лежандра. Построение и использование в задачах ср.Кв.Приближения.
- •С другой стороны
- •12. Некоторые общие свойства ортогональных полиномов.
- •13. Многочлены Чебышева, их свойства .
- •14.Первые применения многочленов Чебышева к задаче интерполяции.
- •15. Квадратурные формулы на основе интерполяций.
- •Формулы Ньютона-Котеса.
- •18 Квадратурные формулы Гаусса-Кристоффеля.
- •19. Запишем квадратурную формулу для произвольного, но фиксированного распределения узлов :
- •21 .Принцип сжатых отображений.
- •23 Метод Ньютона.
- •24.Численные методы линейной алгебры.
- •Стационарные итерационные процедуры. Теоремы о сходимости.
- •41.Постановка краевой задачи для оду второго порядка:
- •47.Аппроксимация, устойчивость и сходимость разностных схем.
С другой стороны
в силу ортогональности.
Подставляя в (8), получим
. (9)
Пример 2.
Пусть f(x)=|x|.
Аппроксимировать f(x) на [-1,1] в среднеквадратичном многочленом второй степени. Вычислить среднеквадратичную ошибку.
Используем ортогональную систему Лежандра:
Коэффициенты ck находим по формуле (7), учитывая вид полиномов Лежандра:
Далее вычисляем среднеквадратичную ошибку по формуле (9):
12. Некоторые общие свойства ортогональных полиномов.
Многочлен Pn(x) ортогонален любому алгебраическому многочлену m-ой степени Mm(x) при m<n.
Mm(x) можно единственным образом представить в виде линейной комбинации многочленов Лежандра:
(10)
Равенство (10) тождественное, поэтому коэффициенты ak единственным образом вычисляются путем приравнивания коэффициентов при старших степенях. Умножая обе части (10) на Pn(x), имеем
в силу ортогональности системы
Полином Pn(x) имеет на отрезке [-1,1] ровно n действительных и различных корней.
Заметим, что в силу теоремы Гаусса многочлен Pn(x) не может иметь более чем n корней (вообще говоря, комплексных). Пусть Pn(x) имеет меньше, чем n простых действительных корней. Обозначим их По этим точкам построим фундаментальный многочлен
Рассмотрим многочлен: - многочлен степени (k+n), который имеет нули четной кратности. Значит, новый многочлен сохраняет знак при переходе через эти нули, т.е. сохраняет знак на [-1,1]. Отсюда следует, что
Но это противоречит свойству 1, так как Pn(x) обязательно должен быть ортогонален Mk(x).
Между двумя соседними нулями многочлена Pn(x) лежит ровно один нуль многочлена Pn-1(x).
Доказывается по индукции с помощью рекуррентного соотношения (6).
4. При n- четном многочлен Pn(x) – четная функция от x, при n- нечетном, Pn(x) – нечетная функция от x.
13. Многочлены Чебышева, их свойства .
Определение. На отрезке [-1,1] определим многочлены Чебышева: (1)
Найдем несколько первых многочленов Чебышева по формуле (1):
Далее используем формулу тригонометрии:
(2)
Полагая в (1) и подставляя в (2), получаем: (3)
Формула (3) – рекуррентная формула для полиномов Чебышева. Из (3) в частности следует, что - многочлен n-ой степени. Последовательно получаем: и т.д.
Свойства многочленов Чебышева.1.Система ортогональна на отрезке [-1,1] с весом .
Имеем:
в силу ортогональности системы на отрезке [0, ].Вычислим норму:
.
2.Для четных (нечетных) n многочлен Tn(x) содержит только четные (нечетные) степени х, то есть является четной (нечетной) функцией. Доказывается по индукции с помощью рекуррентной формулы (3). 3.Коэффициент при старшей степени xn многочлена Tn(x) равен 2n-1. Доказывается по индукции с помощью рекуррентной формулы (3).
4.Многочлен Tn(x) имеет на интервале (-1, 1) ровно n различных действительных корней, определяемых формулой: (4)
, причем максимум достигается в точках (5)
При этом . Из определения (1) следует, что для любого . Очевидно, что .
Замечание.Нетрудно убедиться, что нули Tn(x) (формула (4)) и точки максимума полинома Tn(x) (формула (5)) образуют чередующуюся последовательность, а именно:
, а для остальных значений: , или
Многочлен среди всех многочленов n-ой степени с an=1
обладает тем свойством, что .
Доказывается от противного: пусть существует , что
. (6)
Разность ( ) -многочлен (n-1)-ой степени, причем в силу (6) .
Кроме того, заметим, что в силу (6) для .
Рассмотрим разность
При переходе от к разность меняет знак. Всего произойдет n раз смена знака
при переходе от точки к точке . Отсюда следует, что многочлен имеет n нулей на (-1;1) , что невозможно, так как это многочлен (n-1)-ой степени.
Замечание.
Благодаря свойству (6) многочлен называется многочленом наименее отклоняющимся от нуля.