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Chapter 4多项式插值与函数逼近.ppt

发布:2017-06-18约1.39万字共149页下载文档
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五、最佳一致逼近/*Best Uniform Approximation */ 设给定函数 ,则对 ,存 在一多项式 ,使得 对所有 一致成立。 Bernstein给出了一种构造性证明. Bernstein多项式: 注: ?Bernstein多项式具有良好的一致逼近性质; ?如果要求精度很高, Bernstein多项式次数 会很高,即它的收敛速度很慢; ?Chebyshev方法:在所有次数不超过固定次 数n的多项式中寻找一个最精确地逼近函数 的多项式。 故称之为最佳一致逼近 (最佳一致逼近的定义) 和 的偏差 设函数 ,集合 如果存在 ,满足 其中 则称 为 的n次最佳一致逼近多项式,简称n次最佳逼近多项式。 称为 的n次最佳逼近或最小偏差 几何意义 (Chebyshev交错点组/*Group of Alternating Points */) 假设 ,若存在n个点: 满足 且 则称 为 在 上的Chebyshev 交错点组。 (Chebyshev定理) 设函数 , 则 是 的最佳一致逼近多项式的充要条件是: 在区间 上存在一个至少有n+2个点 组成的交错点组。 Chebyshev定理给出了最佳一致逼近多项式满足的性质 仅证充分性,必要性见文献[21] 证明: 设 在区间 上存在交错点组: 则 如果 不是最佳一致逼近多项式, 则存在 不妨假设 由零点定理 同理可知: 在 点上交错变号 在区间 上至少存在n+1个根 而 (存在唯一性) 设函数 ,则在 中, 有唯一的最佳一致逼近多项式 。 证明: 仅证唯一性,存在性见文献[22] 设在 中存在两个最佳一致逼近多项式: 和 令 也是 的一个最佳一致逼近多项式 由Chebyshev定理 在区间 上存在交错点组: 不妨假设 同理可证 因此,不超过n次的多项式 有n+2个根 时类似可证 唯一 性成立 (最佳一致逼近多项式的一种求法) 设 在 上有n+1阶导数, 在 上不变号, 是 的最佳一致逼近多项式,则: 的端点属于 的交错点组。 证明: 设 或 不属于 的交错点组 反证法 则在 内至少有n+1个交错点组: 满足 反复利用Rolle定理: 矛盾! 例1:求函数 在 上的一次最佳一致逼近多项式。 解: 设所求的一次最佳一致逼近多项式为: 由Th4.6.5知, 和 设 的交错点组为: 由交错点组的性质得到 相应的方程组为 解之得 一次最佳一致逼近多项式为: 最佳一致逼近多项式求解过程总结 设在 中所求的最佳一致逼近多项式为: 的n+2个交错点组为: 则有 n+2个方程, 2n+4个未知数 当交错点 在区间 内部时满足 求最佳一致逼近多项式最终归结为求解非线性方程组 ?Chebyshev近似最佳逼近求法 ①以Chebyshev多项式的零点为节点构造L—插值: 原理:取n+1次Chebyshev多项式 的n+1个零点 为插值节点,则可构造一个不超过n次的多项式 由前面的性质(4) : 则以Chebyshev零点为节点构造的Lagrange插值余项具有下列性质: 性质说明了以Chebyshev零点为节点构造的 Lagrange插值可以作为最佳一致逼近多项式的近似 插值余项具有最小上界 例2:求函数 在 上的三次近似最佳一致逼近多项式。 解: 首先作区间转换 本题中n=3,按照上述公式计算出相应节点 计算节点值: 三次近似最佳一致逼近多项式为: ②利用Chebyshev多项式缩短幂级数方法(不再详述) 构造Lagrange插值 残量 ?离散的最佳逼近问题 问题的提法: 已知 在 的函数表 是区间 上的一个线性无关函数系 寻求函数 使得 在一定意义下达到最小。 m=n且 时即为插值
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