拉格朗日插值法理论及误差分析(2)

2019-01-12 11:03

1、截断误差

在[a,b]区间上用Ln(x)近似未知或复杂函数f(x),其截断误差是指

Rn?x??f?x??Ln?x? (4.1) 通常称Rn?x?为拉格朗日插值余额。

注意到利用公式(4.1)估计截断误差实际上非常困难。一是因为它要计算函数

f(x)的高阶导数,当f(x)很复杂时,计算量很大,而当f(x)没有可用来计算的

表达式时,导数无法准确计算;二是因为即使能得到高阶导数的解析式,但由于?的具体位置不知道,所以要估计高阶导数在插值区间上的界一般是非常困难的事情。因此,公式(4.1)并不实用。

2、截断误差的实用估计式

既然公式(4.1)估计误差时不实用,那么实际中如何估计截断误差呢? 假设插值条件中包含n+2组数据

?,n,n?, 1 f(xi)?yi , i?0,1那么利用n+1组数据我们可以构造一个n次拉格朗日插值多项式Ln(x),

利用后n+1组数据我们可以构造另一个n次拉格朗日插值多项式L*n(x)。利用公式(4.1)知,他们各自的插值余项为

f(x)?Ln(x)?1f(n?1)(?)(x?x0)(x?x1)?(x?xn), (n?1)!1f(n?1)(?*)(x?x1)(x?x2)?(x?xn?1), (n?1)!f(x)?L*n(x)?两式相减得

L*n(x)?Ln(x)?并可写成

1fn?1(?)(x?x1)?(x?xn)(xn?1?x0), (n?1)!L*(x)?Ln(x)1(n?1) f(?)(x?x1)?(x?xn)?n. (4.2)

(n?1)!xn?1?x0注意到上式中利用fn?1(?)?fn?1(?*).该条件在很多情况下是成立的。

利用式(4.2)可得

?Ln(x)?L*n(x)R(x)?f(x)?L(x)?,n?nx0?xn?1? ? (4.2) *?R*(x)?f(x)?L*(x)?Ln(x)?Ln(x),nn?xn?1?x0?式(4.3)给出了用Ln(x)或L*n(x)作近似计算时的实用误差估计式,它不需要计算高阶导数,也不用估计插值区间上高阶导数的界。

总之,拉格朗日插值法的公式结构紧凑,在理论分析中十分方便,然而在计算中,但插值点增加或减少时,所对应的基本多项式就得重新计算而且图像发生很大变化。像逐次线性插值法、牛顿插值法等都是在拉格朗日插值多项式的基础上延伸出来的。我们根据实际中的具体问题,为减少插值误差来选取相应的插值法来快速的解决问题。

五、参考文献

[1] 数值计算原理 李庆扬,关冶,白峰杉 清华大学出版社 2000.9 [2] 数值分析及其MATLAB实现 任玉杰 高等教育出版社 7007.3 [3] 数值分析与实验 韩旭里,万中 科学出版社 2006.7

[4] 数值分析(第三版)颜庆津 北京航空航天大学出版社 2011.8.15


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