LNM folytonos Az interpoláció Lagrange interpoláció. Lineáris algebra numerikus módszerei

Hasonló dokumentumok
GPK M1 (BME) Interpoláció / 16

Lineáris algebra numerikus módszerei

Gauss-Jordan módszer Legkisebb négyzetek módszere, egyenes LNM, polinom LNM, függvény. Lineáris algebra numerikus módszerei

MÉSZÁROS JÓZSEFNÉ, NUMERIKUS MÓDSZEREK

Gyakorló feladatok. Agbeko Kwami Nutefe és Nagy Noémi

Fourier sorok február 19.

Ipari matematika 2. gyakorlófeladatok

Alap-ötlet: Karl Friedrich Gauss ( ) valószínűségszámítási háttér: Andrej Markov ( )

Norma Determináns, inverz Kondíciószám Direkt és inverz hibák Lin. egyenletrendszerek A Gauss-módszer. Lineáris algebra numerikus módszerei

Boros Zoltán február

1.9. B - SPLINEOK B - SPLINEOK EGZISZTENCIÁJA. numerikus analízis ii. 34. [ a, b] - n legfeljebb n darab gyöke lehet. = r (m 1) n = r m + n 1

Funkcionálanalízis. n=1. n=1. x n y n. n=1

Numerikus integrálás

3. Lineáris differenciálegyenletek

Megoldott feladatok november 30. n+3 szigorúan monoton csökken, 5. n+3. lim a n = lim. n+3 = 2n+3 n+4 2n+1

Numerikus módszerek II. zárthelyi dolgozat, megoldások, 2014/15. I. félév, A. csoport. x 2. c = 3 5, s = 4

Polinomok, Lagrange interpoláció

2. SZÉLSŽÉRTÉKSZÁMÍTÁS. 2.1 A széls érték fogalma, létezése

Határozatlan integrál

Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

Feladatok megoldásokkal a 9. gyakorlathoz (Newton-Leibniz formula, közelítő integrálás, az integrálszámítás alkalmazásai 1.

Fraktálok. Kontrakciók Affin leképezések. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék. TARTALOMJEGYZÉK Kontrakciók Affin transzformációk

Nemlineáris programozás 2.

minden x D esetén, akkor x 0 -at a függvény maximumhelyének mondjuk, f(x 0 )-at pedig az (abszolút) maximumértékének.

Taylor-polinomok. 1. Alapfeladatok április Feladat: Írjuk fel az f(x) = e 2x függvény másodfokú Maclaurinpolinomját!

Numerikus matematika. Irodalom: Stoyan Gisbert, Numerikus matematika mérnököknek és programozóknak, Typotex, Lebegőpontos számok

Numerikus integrálás április 20.

Differenciálegyenletek numerikus megoldása

Diszkréten mintavételezett függvények

Matematika (mesterképzés)

Legkisebb négyzetek módszere, Spline interpoláció

1. feladatsor: Vektorterek, lineáris kombináció, mátrixok, determináns (megoldás)

Lineáris algebra 2. Filip Ferdinánd december 7. siva.banki.hu/jegyzetek

λx f 1 (x) e λx f 2 (x) λe λx f 2 (x) + e λx f 2(x) e λx f 2 (x) Hasonlóan általában is elérhető sorműveletekkel, hogy csak f (j)

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

Matematika III. harmadik előadás

Numerikus matematika vizsga

1 Lebegőpontos számábrázolás

Gazdasági matematika II. vizsgadolgozat megoldása, június 10

Kalkulus I. gyakorlat Fizika BSc I/1.

I. feladatsor i i i i 5i i i 0 6 6i. 3 5i i

Matematika szigorlat június 17. Neptun kód:

1. Generátorrendszer. Házi feladat (fizikából tudjuk) Ha v és w nem párhuzamos síkvektorok, akkor generátorrendszert alkotnak a sík vektorainak

Numerikus integrálás április 18.

Kvadratikus alakok és euklideszi terek (előadásvázlat, október 5.) Maróti Miklós, Kátai-Urbán Kamilla

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

n n (n n ), lim ln(2 + 3e x ) x 3 + 2x 2e x e x + 1, sin x 1 cos x, lim e x2 1 + x 2 lim sin x 1 )

Eddig csak a polinom x-ben felvett értékét kerestük

VIK A1 Matematika BOSCH, Hatvan, 5. Gyakorlati anyag

6. Függvények. Legyen függvény és nem üreshalmaz. A függvényt az f K-ra való kiterjesztésének

A L Hospital-szabály, elaszticitás, monotonitás, konvexitás

Interpolációs eljárások

2. Hogyan számíthatjuk ki két komplex szám szorzatát, ha azok a+bi alakban, illetve trigonometrikus alakban vannak megadva?

1. Számsorok, hatványsorok, Taylor-sor, Fourier-sor

FELVÉTELI VIZSGA, július 21. Írásbeli próba MATEMATIKÁBÓL A. RÉSZ

Differenciálegyenletek megoldása próbafüggvény-módszerrel

Függvény határérték összefoglalás

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

Losonczi László. Debreceni Egyetem, Közgazdaság- és Gazdaságtudományi Kar

Függvények vizsgálata

f(x) vagy f(x) a (x x 0 )-t használjuk. lim melyekre Mivel itt ɛ > 0 tetszőlegesen kicsi, így a a = 0, a = a, ami ellentmondás, bizonyítva

Függvények Megoldások

Alapfogalmak, valós számok Sorozatok, határérték Függvények határértéke, folytonosság A differenciálszámítás Függvénydiszkusszió Otthoni munka

Descartes-féle, derékszögű koordináta-rendszer

8. Egyenletek, egyenlőtlenségek, egyenletrendszerek II.

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

12. Mikor nevezünk egy részhalmazt nyíltnak, illetve zártnak a valós számok körében?

LINEÁRIS ALGEBRA. matematika alapszak. Euklideszi terek. SZTE Bolyai Intézet, őszi félév. Euklideszi terek LINEÁRIS ALGEBRA 1 / 40

Lineáris egyenletrendszerek

Gazdasági matematika II. vizsgadolgozat, megoldással,

b) Ábrázolja ugyanabban a koordinátarendszerben a g függvényt! (2 pont) c) Oldja meg az ( x ) 2

Normák, kondíciószám

E-tananyag Matematika 9. évfolyam Függvények

A fontosabb definíciók

Numerikus Matematika

6. Függvények. 1. Az alábbi függvények közül melyik szigorúan monoton növekvő a 0;1 intervallumban?

Dorner Fanni Szonja. A numerikus analízis interpolációs módszerei és alkalmazásai. Eötvös Loránd Tudományegyetem. Természettudományi Kar.

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Optimalizálás alapfeladata Legmeredekebb lejtő Lagrange függvény Log-barrier módszer Büntetőfüggvény módszer 2017/

Komplex számok. A komplex számok algebrai alakja

A legjobb közeĺıtés itt most azt jelentette, hogy a lineáris

Matematika III előadás

2 (j) f(x) dx = 1 arcsin(3x 2) + C. (d) A x + Bx + C 5x (2x 2 + 7) + Hx + I. 2 2x F x + G. x

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Függvények

f(x) a (x x 0 )-t használjuk.

Numerikus módszerek 1.

Matematika III előadás

Az érintőformula A Simpson formula Gauss-kvadratúrák Hiba utólagos becslése. Numerikus analízis

valós számot tartalmaz, mert az ilyen részhalmazon nem azonosság.

1. előadás. Lineáris algebra numerikus módszerei. Hibaszámítás Számábrázolás Kerekítés, levágás Klasszikus hibaanalízis Abszolút hiba Relatív hiba

4. Az A és B események egymást kizáró eseményeknek vagy idegen (diszjunkt)eseményeknek nevezzük, ha AB=O

Hajlított tartó elmozdulásmez jének meghatározása Ritz-módszerrel

Saj at ert ek-probl em ak febru ar 26.

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

1. Folytonosság. 1. (A) Igaz-e, hogy ha D(f) = R, f folytonos és periodikus, akkor f korlátos és van maximuma és minimuma?

Az egyenlőtlenség mindkét oldalát szorozzuk meg 4 16-al:

DIFFERENCIÁLEGYENLETEK. BSc. Matematika II. BGRMA2HNND, BGRMA2HNNC

VIK A2 Matematika - BOSCH, Hatvan, 3. Gyakorlati anyag. Mátrix rangja

Egyenletek, egyenlőtlenségek VII.

Átírás:

Legkisebb négyzetek módszere, folytonos eset Folytonos eset Legyen f C[a, b]és h(x) = a 1 φ 1 (x) + a 2 φ 2 (x) +... + a n φ n (x). Ekkor tehát az n 2 F (a 1,..., a n ) = f a i φ i = = b a i=1 f (x) 2 n a j φ j (x) j=1 2 dx min (w (x) 1) szélsőérték-feladatot kell megoldani. Emĺıtettük, hogy a feladatnak lineárisan független alapfüggvények esetén egyértelmű megoldása van.

Legkisebb négyzetek módszere, folytonos eset F (a 1,..., a n ) a i = 0 (i = 1,..., n) egyenletrendszer megoldására redukálódik a feladat. A parciális deriválás során használjuk ki, hogy itt a deriválás és integrálás sorrendje felcserélhető és vezessük be itt is a skalárszorzatot az u, v = b a u(x)v(x)dx, u, v C [a, b] értelmezéssel. Ekkor formailag ugyanahhoz az egyenletrendszerhez jutunk, mint a diszkrét esetben. (Természetesen, választhatunk valamilyen w(x) > 0 (x [a, b]) súlyfüggvényt itt is; most w (x) 1).

Legkisebb négyzetek módszere, folytonos eset A Gram-mátrix ugyanúgy rosszul kondicionált lehet, mint a diszkrét esetben. Példa Legyen a = 0, b = 1, w (x) 1és φ i (x) = x i 1 (i = 1,..., n). Határozzuk meg a Gram-mátrixot. Megoldás: φ i (x) φ j (x) = x i+j 2, g ij = 1 0 x i+j 2 dx = 1/ (i + j 1) és [ 1 G = i + j 1 ] n ami nem más mint az ún. Hilbert-mátrix., i,j=1

Legkisebb négyzetek módszere, folytonos eset Ortogonális, ortonormált eset Ha a φ i, φ j skalárszorzat zérust ad minden i j esetén, akkor itt is ortogonális függvényrendszerről beszélünk az adott [a, b] intervallumon. Ha még φ i, φ i = 1 is teljesül a szóbanforgó i indexekre, akkor ortonormált rendszer a neve. Ilyen bázisra való áttérésre folytonos esetben is van lehetőség. Például a C [ 1, 1], w (x) 1 esetén a 1 2n + 1 2 P 0, P n (x) (n = 1, 2,...) 2 ortonormált függvényrendszer, ahol az ún. n-edik Legendre-polinom. d n P n (x) = 1 ( x 2 2 n n! dx n 1 ) n

Legkisebb négyzetek módszere, folytonos eset Az első néhány Legendre-polinom: P 0 (x) = 1, P 1 (x) = x, P 2 (x) = 3 2 x 2 1 2, P 3 (x) = 5 2 x 3 3 2 x. Ha rendelkezésünkre áll egy ortonormált {φ i (x)} n i=1 függvényrendszer, akkor a legkisebb négyzetes approximáció meghatározásához (elvileg) csak az a i = f, φ i (i = 1,..., n) ún. Fourier-együtthatókat kell kiszámolnunk.

Legkisebb négyzetek módszere, folytonos eset Példa Az f (x) = x függvénynek adjuk meg az egyenessel való legkisebb négyzetes közeĺıtését az [1, 4] intervallumon. Megoldás: φ 1 (x) 1, φ 2 (x) = x és f (x) h(x) = a 1 φ 1 (x) + a 2 φ 2 (x) = a 1 + a 2 (x). A [ φ j, φ i ] 2 i,j=1 együtthatómátrixot és az [ f, φ 1, f, φ 2 ] T jobboldalt itt is kiszámolva a 3a 1 + 7.5a 2 = 4.6667 7.5a 2 + 30a 2 = 21 egyenletrendszerhez jutunk. Ezt megoldva a x 0.7407 + 0.3259x egyenes egyenletét kapjuk.

Legkisebb négyzetek módszere, folytonos eset Példa Itt is áttérhetnénk ortonormált rendszerre. Nem nehéz belátni, hogy a φ 1 (x) 1 3 és a φ 2 (x) = 2 3 (x 2.5) függvények ortonormált rendszert alkotnak az [a, b] = [1, 4] intervallumon. Az f (x) h (x) = a 1φ 1(x) + a 2φ 2(x) közeĺıtést használva a normál egyenletrendszer együtthatómátrixa az egységmátrix és az eredmény természetesen ugyanaz az egyenes, mint amit az előbb már megkaptunk.

Legkisebb négyzetek módszere, folytonos eset Megjegyzés Az f C [a, b] függvények körében az L 2 -norma mellett többféle norma is fontos szerepet játszik a gyakorlatban. Ezek közül az egyik a Csebisev-norma. A Csebisev-norma értelmezése f C = max f (x), x [a,b] a Csebisev-féle approximációs feladat pedig adott f függvény és H függvényhalmaz esetén: h H és f h C = max x [a,b] f (x) h(x) min

Legkisebb négyzetek módszere, folytonos eset Megjegyzés folytatása A feladat megoldását az f legjobb egyenletes approximációjának nevezzük (természetesen az adott intervallumon és az adott H mellett). Az elnevezést az indokolja, hogy a max x [a,b] f (x) h(x) egyben az elkövetett hibának egy, az [a, b]-n x-től független tehát egyenletes korlátja. A lineáris Csebisev-approximációra nem ismeretes olyan általános megoldási módszer, mint az L 2 -normában való közeĺıtésre.

Az interpoláció Az interpoláció alapfeladatát a következőképpen fogalmazhatjuk meg. Definíció Ismerjük egy f : R R függvény a x 1 < x 2 <... < x n b pontokban felvett értékeit, azaz az y = f (x) y i = f (x i ) (i = 1,..., n) függvényértékeket. Az f (x) függvényt, amely lehet a teljes [a, b] intervallumon vagy csak {x i } n i=1 pontokban ismert, egy olyan, általában könnyen számítható h(x) függvénnyel közeĺıtjük (vagy helyettesítjük), amelyre fennáll, hogy y i = h (x i ) (i = 1,..., n).

Az interpoláció Definíció Az {x i } n i=1 pontokat interpolációs alappontoknak, a feltételt interpolációs feltételnek vagy interpolációs alap-egyenletrendszernek nevezzük. Az interpolációs feltétel teljesülése esetén azt reméljük, hogy a h (x) = h (x; {x i } n i=1, {y i} n i=1 ) interpoláló függvény az (x i, x i+1 ) intervallumokban jól közeĺıti az f (x) függvényt.

Az interpoláció Ezen a feltételen kívül további feltétel(eke)t is előírhatunk. Például, ha ismerjük az f függvény deriváltjait is az alappontokban, akkor megkövetelhetjük az f (x i ) = h (x i ) (i = 1,..., n) teljesülését is. A szóba jöhető h(x) függvények H halmazának megválasztásától és a feltétel esetleges kibővítésétől függően beszélünk különböző típusú interpolációkról.

Az interpoláció Definíció Ha a h(x) függvénnyel f (x)-et az (x 1, x n ) intervallumon kívül közeĺıtjük, akkor extrapolációról beszélünk. Lineáris eset Ekkor tehát a H függvényhalmaz ismert φ i : [a, b] R (i = 1,..., n) függvények valamennyi lineáris kombinációja, tehát a h (x) függvény alakja h(x) = a 1 φ 1 (x) + a 2 φ 2 (x) +... + a n φ n (x) = n a i φ i (x). i=1 A φ i függvényeket alapfüggvényeknek, másképpen bázisfüggvényeknek nevezzük. Az ismeretlen a 1,..., a n együtthatókat az interpolációs feltételből határozhatjuk meg. Tehát az alábbi egyenleteknek kell teljesülni:

Az interpoláció a 1 φ 1 (x 1 ) + a 2 φ 2 (x 1 ) +... + a n φ n (x 1 ) = f (x 1 ),. a 1 φ 1 (x n ) + a 2 φ 2 (x n ) +... + a n φ n (x n ) = f (x n ). Ez egy lineáris egyenletrendszer az ismeretlen a 1,..., a n együtthatókra nézve. Tömörebb feĺırása érdekében vezessük be a következő jelöléseket: B = [φ j (x i )] n i,j=1, a = [a 1,..., a n ] T, és c = [f (x 1 ),..., f (x n )] T. A feltétel alakja így Ba = c. Ha det(b) 0, akkor az egyenletrendszernek pontosan egy megoldása van: a = B 1 c.

Az interpoláció A gyakorlatban sokféle {φ i (x)} n i=1 bázisfüggvényt alkalmaznak. Az egyik legfontosabb a φ 1 (x) = 1, φ 2 (x) = x,..., φ n (x) = x n 1 függvényrendszer. Ekkor beszélünk Lagrange-féle interpolációról.

Az interpoláció Az interpolációs feladat mátrixa ez esetben 1 x 1... x1 n 1 B =... 1 x n... xn n 1 az ún. Vandermonde-féle mátrix, amely a det(b) = (x j x i ) 1 i<j n, összefüggés miatt nemszinguláris. Tehát a Lagrange-féle interpolációs feladatnak egyértelmű megoldása van.

Az interpoláció További fontos esetek A trigonometrikus interpolációt a φ 1 (x) = 1, φ 2 (x) = sin x, φ 3 (x) = cos x,..., φ 2k (x) = sin(kx), φ 2k+1 (x) = cos(kx) (k = 1,..., (n 1)/2) függvényrendszer, ahol n = 2k + 1, [a, b] = [ π, π]. Az exponenciális interpolációt a φ i (x) = e λ i x (i = 1,..., n, λ 1 < λ 2 <... < λ n ) függvényrendszer definiálja.

Az interpoláció További fontos esetek Racionális törtfüggvényeket használ a φ i (x) = 1/(q i + x) (i = 1,..., n, 0 < q 1 <... < q n ) függvényrendszer. Itt fel kell tennünk, hogy x + q 1 > 0. Ez könnyen teljesül, ha x [a, b] és a + q 1 > 0.

Az interpoláció Megjegyzés Nem minden {φ i (x)} n i=1 függvényrendszer és x 1 < x 2 <... < x n alappontok esetén van megoldása, illetve egyértelmű megoldása a lineáris interpolációs feladatnak. Példa Legyen φ 1 (x) = 1, φ 2 (x) = x 2, x 1 = 1, x 2 = 1, f (x 1 ) = y 1, f (x 2 ) = y 2. Ekkor [ ] 1 ( 1) 2 B =, det(b) = 0, 1 1 így, ha y 1 = y 2, akkor végtelen sok megoldása van a feladatnak, egyébként pedig egyáltalán nincs.

A Lagrange-féle interpolációs feladat Definíció Legyenek a bázisfüggvények: φ 1 (x) = 1, φ 2 (x) = x,..., φ n (x) = x n 1 és legyenek adottak az x 1 < x 2 <... < x n alappontok és az y i = f (x i ) (i = 1,..., n) függvényértékek. Határozzuk meg azt a legfeljebb (n 1)-ed fokú polinomot, amelyre teljesül a interpolációs feltétel. p(x) = a 0 + a 1 x +... + a n 1 x n 1 y i = p(x i ) (i = 1,..., n)

A Lagrange-féle interpolációs feladat Geometriailag azt jelenti, hogy illesszünk a sík n darab különböző x koordinátájú pontjára egy legfeljebb (n 1)-ed fokú polinomot. A Lagrange-féle interpolációs polinom létezését és egyértelműségét már beláttuk. A polinom többféle ekvivalens alakban is feĺırható. Különösen fontos azonban a Lagrange-féle előálĺıtás. Legyen l i (x) = n k=1,k i x x k x i x k (i = 1,..., n) az i-edik Lagrange-féle alappolinom. Ekkor az interpolációs polinom előáll n p(x) = y i l i (x) alakban. i=1

A Lagrange-féle interpolációs feladat Ennek igazolására vegyük észre, hogy { 1, i = j l i (x j ) = 0, i j és így teljesül, hogy: p(x j ) = n y i l i (x j ) = y j l j (x j ) = y j i=1 (j = 1,..., n). Tehát f (x) h(x) = p(x) = n y i l i (x). i=1

A Lagrange-féle interpolációs feladat A Lagrange-alappolinommal való előálĺıtás lehetőséget ad a megoldás egyértelmű létezésének közvetlen belátására is, anélkül, hogy a mátrix determinánsát ismernénk. A létezést konkrétan mutatja az előző feĺırás, ha pedig volna egy másik q(x) legfeljebb (n 1)-ed fokú polinom is, mely teljesíti a feltételeket, akkor a p(x) q(x) polinomnak minden alappont zérushelye lenne. Mivel p(x) q(x) is legfeljebb (n 1)-ed fokú polinom, nem lehet n darab zérushelye, csak ha p(x) q(x).

A Lagrange-féle interpolációs feladat A Lagrange-féle interpolációs polinom hibájára vonatkozik a következő tétel: Télel Ha f C n [a, b], [x 1, x n ] [a, b] és x [a, b], akkor f (x ) p(x ) = f (n) (ξ) (x x 1 )(x x 2 )... (x x n ), n! ahol ξ = ξ(x ) az x és az x 1, x n pontok által kifeszített intervallumban van.

A Lagrange-féle interpolációs feladat Bizonyítás Ha van olyan i, hogy x = x i,akkor álĺıtásunk triviális. Egyébként legyen ω(x) = (x x 1 )(x x 2 )... (x x n ) és tekintsük a következő segédfüggvényt: W (x) = f (x) p(x) [f (x ) p(x )] ω(x) ω(x ). A W (x) C n [a, b] függvénynek van n + 1 zérushelye: x, x 1,..., x n.

A Lagrange-féle interpolációs feladat Bizonyítás A Rolle tétel miatt W (x) bármely két zérushelye között a W (x) deriváltfüggvénynek is van zérushelye. Ezért W (x)-nek legalább n zérushelye van. Hasonlóképpen okoskodva belátható, hogy W (x)-nek legalább n 1, W (3) (x)-nek legalább n 2 zérushelye van, és így tovább. Végül W (n) (x)-nek is van legalább egy zérushelye, amit jelöljön ξ. Minthogy p (n) (x) 0 és ω (n) (x) n!, ezért W (n) (ξ) = f (n) (ξ) [f (x ) p(x n! )] ω(x ) = 0, ahonnan átrendezéssel kapjuk a tétel álĺıtását.

A Lagrange-féle interpolációs feladat A tételt a következő formában szoktuk alkalmazni, az x [a, b]-beli hiba becslésére. Tétel Legyen M n az n-edik derivált abszolútértékének egy felső korlátja, azaz f (x) (n) M n (x [a, b]). Ekkor f (x) p(x) M n n! (x x 1)(x x 2 )... (x x n ) M n n! (b a)n. Megjegyzés A második egyenlőtlenség általában sokkal durvább becslést ad, mint az első. Előnye, hogy x-től független, egyenletes korlátot ad a hibára a teljes [a, b]-n. Konkrét n esetén szélsőérték számítással élesebb becslés is

A Lagrange-féle interpolációs feladat Példa Hány ekvidisztáns alappontban kell megadnunk a sin x függvény táblázatát a [ 0, π 2 ] intervallumon ahhoz, hogy a közbülső pontokban lineáris Lagrange-interpolációt használva az elkövetett hiba legfeljebb ε = 10 4 legyen? Megoldás. Vezessük be a h = x i+1 x i jelölést. A f (x) p(x) M n n! (x x 1)(x x 2 )... (x x n ) M n n! (b a)n. alapján olyan h-t keresünk, melyre (M 2 h 2 )/2 10 4. Mivel (sin x) = sin x, választhatjuk az M 2 = 1 értéket. Ezzel h 2/100, n π 2h miatt n 112 adódik.

A Lagrange-féle interpolációs feladat Példa Ha viszont a hibakorlátot az f (x) p(x) M 2 2 max (x x i)(x x i+1 ) becslésből közvetlenül vezetjük le szélsőérték számítással, akkor az élesebb, f (x) p(x) M 2h 2 8 eredményt kapjuk. Ez alapján kiderül, hogy n = 28 pont is elég.

A Lagrange-féle interpolációs feladat Az interpolációs eljárásoktól elvárjuk, hogy a pontok számának növelése esetén a közeĺıtés hibája csökken. Ez azonban nem minden esetben van így, amint azt Runge kimutatta az f (x) = 1/(1 + x 2 ) függvénynek az [a, b] = [ 5, 5] intervallumon, egyre növekvő fokszámú Lagrage interpolációs polinommal való közeĺıtésével. Példa: Tegyük fel, hogy az y i = f (x i ) függvény értékeket ε i hibával ismerjük (i = 1,..., n). Ekkor az elméleti n p(x) = f (x i )l i (x) i=1 Lagrange-interpolációs polinom helyett a perturbált n p(x) = (f (x i ) + ε i )l i (x) polinommal számolunk. i=1

A Lagrange-féle interpolációs feladat A kettő eltérésére teljesül, hogy n δ (p (x)) = p(x) p(x) = ε i l i (x) i=1 n ( ) n ε i l i (x) max ε i l i (x). 1 i n i=1 Ez a becslés pontos. Igazolható, hogy n l i (x) > 2 log n + c, π i=1 ahol c konstans. Ha n elég nagy, akkor a δ (p (x)) perturbációs hiba is nagy lesz. A divergencia és numerikus instabilitás miatt sok esetben mint már emĺıtettük más típusú interpolációs eljárásokat használunk. i=1

A Lagrange-féle interpolációs feladat Példa Közeĺıtsük másodfokú függvénnyel az f (x) = cos( π 2 x) függvényt a [ 1, 1] intervallumon az x 1 = 1, x 2 = 0, x 3 = 1 pontokra támaszkodva. Megoldás: Ekkor f (x) p(x) = A 1 + A 2 x + A 3 x 2. Az együtthatókra feĺırható az A 1 A 2 + A 3 = 0 A 1 = 1 A 1 + A 2 + A 3 = 0 egyenletrendszer. Innen p(x) = 1 x 2.

A Lagrange-féle interpolációs feladat Példa Természetesen ugyanezt kapjuk az l i (x) Lagrange-függvényekkel is. Az előálĺıtás szerint most f (x 1 ) = f (x 3 ) = 0 miatt elég az l 2 (x)-t meghatározni, ez 1 x 2, ami jelen esetben a p(x) polinommal megegyezik. A közeĺıtés hibáját h M 3 max (x + 1)x(x 1) 3! 1 x 1 becsli, ahol M 3 az f (x) maximuma, jelen esetben π 3 /8. Szélsőérték-számítással adódik, hogy azaz h π 3 /216 0.15. max (x + 1)x(x 1) = 8 1 x 1 27,