10656

Интерполирование функций методом Лагранжа. Линейная интерполяция

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Лабораторная работа 7 Интерполирование функций методом Лагранжа. Линейная интерполяция. Цель работы. По результатам эксперимента заданным в виде последовательности точек на координатной плоскости построить интерполяционную функцию методом Лагранжа...

Русский

2013-03-30

291 KB

77 чел.

Лабораторная  работа  7

Интерполирование функций методом Лагранжа.

Линейная интерполяция.

Цель работы. По результатам эксперимента, заданным в виде последовательности точек на координатной плоскости - , построить интерполяционную функцию методом Лагранжа - . Выполнить линейную интерполяцию между двумя любыми соседними узлами, оценить точность полученных результатов.  

Теоретические положения .  Пусть в некоторых точках   известны значения функции  :   .  Необходимо определить величины функции  при других  значениях . Связь  неизвестна. Для решения этой задачи функцию   требуется приближенно заменить (аппроксимировать) некоторой функцией  так, чтобы отклонение  от  в заданной области было наименьшим. На практике чаще всего применяется аппроксимация многочленами, т.е.

.             (1)

Если коэффициенты   определяются из условия совпадения  

,                                 (2)

то такой способ аппроксимации называется интерполяцией. Точки  называ-ются узлами интерполяции, а  - интерполирующей функцией. Заметим, что при интерполировании  .

Рассмотрим процесс интерполирования функций с помощью полино-мов Лагранжа. Исходя из условия задачи, т.е.  для   ,  имеем полином третьего порядка:

          (3)

для которого, очевидно, должно выполняться:   .

Форма (3) наглядно показывает, как получается полином любого порядка, но имеет больше теоретическое значение.  Для практического  же применения  более удобна запись в форме (1),  которую нетрудно получить из (3),  подставляя  туда заданные числа   и  , и выполняя очевидные преобразования.

Для реализации линейной интерполяции следует взять два любых соседних узла, например,   и    и по заданному  промежуточному значению аргумента  найти  соответствующее значение функции по формуле:

,                      (4)                       

Графически линейная интерполяция сводится к соединению прямой линией точек с координатами   и .

Порядок выполнения работы.  

- переписать требуемый вариант задания,

- погрешность расчетов принять равной  ,

- записать теоретическую функцию  ,

- преобразуем полином Лагранжа   к виду

,                     (5)

для чего найдем коэффициенты  :

 а) для суммы (3) вначале вычислим четыре константы:

,           

,

,                 (6)

,

Проверка:          .

б) все числители (3) представляют собой выражения вида (например, для первого слагаемого)

 ,        (7)

для вычисления  коэффициентов   воспользуемся теоремой Виета

                     (8)

в) итоговая функция (4) находится так:

         (9)

- записать полином (5) с вычисленными коэффициентами  ,

- по формуле    построить график по 21 точке с шагом  ,

- между двух любых крайних узлов  или   выполнить линейную интерполяцию по формуле (4), взяв в качестве   середину выбранного отрезка. Найти  . Весь процесс нанести на координатную плоскость, объединив его с функцией  .

- Оценка результатов:  

принимая в качестве точного значения величину , найти  абсолютную погрешность , а затем величину относительной погрешности     для линейной зависимости.

Варианты исходных данных.  Функция    задана в четырех точках       своими значениями   :

1

X

-1

1

2

7

2

X

-5

-1

2

3

Y

0

4

15

400

Y

-156

-4

5

20

3

X

-5

-2

2

3

4

X

-5

-2

1

2

Y

-96

-3

9

32

Y

-144

-9

0

3

5

X

-3

-2

1

3

6

X

-4

-3

1

3

Y

-34

-11

-2

14

Y

-51

-20

4

40

7

X

-3

1

2

4

8

X

-5

-4

3

4

Y

-40

0

5

51

Y

-96

-45

32

75

9

X

-5

-4

2

4

10

X

-3

-1

2

4

Y

-144

-75

3

45

Y

-34

-2

1

43

11

X

-6

-2

2

3

12

X

-7

-5

-2

1

Y

-185

-5

15

40

Y

-400

-156

-15

0

13

X

-4

-1

3

5

14

X

-5

-3

1

4

Y

-45

0

32

144

Y

-144

-32

0

45

15

X

-3

0

4

5

16

X

-6

-3

1

2

Y

-34

-1

43

94

Y

-185

-20

4

15

17

X

-4

-2

3

6

18

X

-4

-2

4

5

Y

-85

-15

20

185

Y

-45

-3

75

144

19

X

-4

-3

4

5

20

X

-2

2

3

5

Y

-75

-32

45

96

Y

-11

1

14

94

21

x

-4

-2

3

7

22

X

-4

-1

4

5

y

-51

-5

40

400

Y

-85

-4

51

104

23

x

-2

-1

2

5

24

X

-3

-2

2

5

y

-3

0

9

144

Y

-32

-9

3

96

25

x

-2

-1

4

5

26

X

-1

1

2

7

y

-11

-2

43

94

Y

0

4

15

400

27

x

-5

-1

2

3

28

X

-5

-2

2

3

y

-156

-4

5

20

Y

-96

-3

9

32

29

x

-5

-2

1

2

30

X

-3

-2

1

3

y

-144

-9

0

3

Y

-34

-11

-2

14

         Пример расчета .

  1.  Цель работы: обработать результаты таблицы данных с целью построения интерполяционной функции методом Лагранжа.
  2.  Исходные данные: таблица опытных данных.

 

X0

x1

x2

x3

x

-5

-4

3

4

y

-96

-45

32

75

 

Y0

y1

y2

y3

 

               

               

               

               Погрешность расчетов   =  10-3 ,      

  1.  Интерполяционный полином Лагранжа:

Требуется получить функцию , так чтобы

,       

  1.  Находим коэффициенты ,
  2.  Находим  константы   по формулам (6):

           

             

              Проверка:

                 

              k0= 1.333     k1= -0.804    k2= -0.571   k3=1.042

  1.  Все числители представляют собой выражения вида (7) (назовем их частными многочленами):

,  где коэффициенты находятся по теореме Виета  - формулы (8):

                            

  

  

      

         

  

  1.  Найдем итоговую функцию:

- умножим вначале частные многочлены на соответствующие коэффициенты  ,   

- сложим коэффициенты при одинаковых степенях  , найдем числа  и запишем требуемую функцию  

                                                                                     .

8.Таблица из 21 точки  в диапазоне исходных данных ,

X

-5,000

-4,550

-4,100

-3,650

-3,200

-2,750

-2,300

-1,850

-1,400

-0,950

Y

-95,976

-69,943

-49,031

-32,693

-20,382

-11,552

-5,655

-2,146

-0,477

-0,101

X

-0,500

-0,050

0,400

0,850

1,300

1,750

2,200

2,650

3,100

3,550

4,000

Y

-0,473

-1,044

-1,269

-0,600

1,509

5,605

12,234

21,944

35,281

52,792

75,024

9.Между двух крайних узлов [-5;-4] выполняем линейную интерполяцию, взяв в качестве xпромежуточного середину выбранного отрезка. Надо найти yпромежуточное.

Линейная интерполяция – это замена на отрезке x0-x1 неизвестной нам кривой y = f(x) прямой линией. Такая замена приводит к погрешности. Но из-за явной простоты метода он находит широкое применение. Максимальная погрешность около середины отрезка. Уравнение прямой проходящей через две точки имеет вид:

              вместо x  при xпр получим y=yпр

 

подставляем значения, получаем:

тогда

разница между точным значение y и промежуточным значением y 

абсолютная погрешность      

По результатам  п.8  и  п.9  выполнить рисунок.

10.Выводы  по  работе:   Делаются  студентом  самостоятельно.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

73933. АНАЛİЗ ФİНАНСОВИХ ЗВİТİВ 271 KB
  Головна мета аналізу фінансових звітів своєчасно виявляти й усувати недоліки у фінансовій діяльності та знаходити резерви поліпшення фінансового стану підприємства і його платоспроможності. На підставі вивчення взаємозвязку між різними показниками виробничої комерційної і фінансової діяльності дати оцінку виконання плану з надходження фінансових ресурсів та їх використання з позиції поліпшення фінансового стану підприємства. Розроблення конкретних заходів які спрямовані на ефективніше використання фінансових ресурсів і зміцнення...
73934. Антикризове фінансове управління підприємством. Сутність та основні елементи антикризового фінансового управління 291 KB
  Сутність та основні елементи антикризового фінансового управління Необхідність оволодіння основами антикризового фінансового управління зумовлена тим що в умовах ринкової економіки підприємства здійснюють свою фінансовогосподарську діяльність перебуваючи під постійним впливом несприятливих внутрішніх та зовнішніх чинників які можуть призвести до фінансової кризи та банкрутства. Для нейтралізації кризових явищ підприємства переводяться на спеціальний режим антикризового управління із застосуванням специфічних методів та прийомів управління...
73935. ТЕОРЕТИЧНİ ТА ОРГАНİЗАЦİЙНİ ОСНОВИ ФİНАНСОВОГО МЕНЕДЖМЕНТУ 128 KB
  Фінансовий менеджмент ґрунтується на системі принципів засобів та форм організації грошових відносин підприємства спрямованих на управління його фінансовогосподарською діяльністю. Складовими фінансового менеджменту є...
73936. СИСТЕМА ЗАБЕЗЕЧЕННЯ ФİНАНСОВОГО МЕНЕДЖМЕНТУ 107.5 KB
  Система організаційного забезпечення фінансового менеджменту являє собою взаємозвязану сукупність внутрішніх структурних служб і підрозділів підприємства які забезпечують розроблення і прийняття управлінських рішень з окремих напрямів його фінансової діяльності і несуть відповідальність за результати цих рішень. İєрархічний принцип побудови фінансових служб управління підприємством Фінансова служба управління підприємством у цілому Фінансові служби управління структурними одиницями підприємства відділами цехами службами Фінансові служби...
73937. УПРАВЛİННЯ ГРОШОВИМИ ПОТОКАМИ 189.5 KB
  Поняття грошового потоку Грошовий потік можна визначити як сукупність послідовно розподілених у часі подій які повязані із відособленим та логічно завершеним фактом зміни власника грошових коштів у звязку з виконанням договірних зобовязань між економічними агентами субєктами господарювання державою домогосподарствами міжнародними організаціями...
73938. М.С. Грушевський - видатний український діяч 298 KB
  Формування особистості М.С. Грушевського. Формування політичних поглядів і переконань на різних етапах життя М.С. Грушевського. Повернення в Україну. На чолі Центральної Ради. Ідея соціалістичного федералізму. Брестська трагедія. Зрілість. Останні роки життя...
73939. Имидж как средство повышения конкурентоспособности предприятия 3.55 MB
  Имидж предприятия (организации) и принципы его формирования в современных условиях. Формирование внутреннего имиджа предприятия и его взаимосвязь с мотивацией трудовой деятельности. Формирование имиджа ОАО «Автокомбинат 1». Основные направления повышения конкурентоспособности транспортных услуг
73940. УПРАВЛİННЯ АКТИВАМИ 98.5 KB
  Розглядаючи наведену формулу необхідно визначити період який потрібен для перетворення виробничих запасів дебіторської і кредиторської заборгованості в готівку.з середній період обороту дебіторської заборгованості...
73941. Фінансовий аналіз діяльності ПрАТ ЧШФ Елегант 1.2 MB
  Джерела інформації та форми документації. Капітал підприємства, показники його стану, динаміки та використання. Економічна сутність і класифікація капіталу підприємства. Показники стану капіталу підприємства. Капітал підприємства ПрАТ ЧШФ «Елегант». Фінансовий аналіз діяльності ПрАТ ЧШФ «Елегант». Аналіз структури балансу, складу майна та джерел його формування. Аналіз ліквідності ПрАТ ЧШФ «Елегант»