1 Polynomiální interpolace

Podobné dokumenty
1 Mnohočleny a algebraické rovnice

Matematická analýza ve Vesmíru. Jiří Bouchala

Úvod. Integrování je inverzní proces k derivování Máme zderivovanou funkci a integrací získáme původní funkci kterou jsme derivovali

SPECIÁLNÍCH PRIMITIVNÍCH FUNKCÍ INTEGRACE RACIONÁLNÍCH FUNKCÍ

Nejdřív spočítáme jeden příklad na variaci konstant pro lineární diferenciální rovnici 2. řádu s kostantními koeficienty. y + y = 4 sin t.

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Integrální počet VY_32_INOVACE_M0308. Matematika

Věta o dělení polynomů se zbytkem

4C. Polynomy a racionální lomené funkce. Patří mezi tzv. algebraické funkce, ke kterým patří také funkce s odmocninami. Polynomy

Kapitola 7: Neurčitý integrál. 1/14

SPECIÁLNÍCH PRIMITIVNÍCH FUNKCÍ

Jan Kotůlek. verze 3 ze dne 25. února 2011

Kapitola 7: Integrál. 1/17

Věta 12.3 : Věta 12.4 (princip superpozice) : [MA1-18:P12.7] rovnice typu y (n) + p n 1 (x)y (n 1) p 1 (x)y + p 0 (x)y = q(x) (6)

Matematika 1A. PetrSalačaJiříHozman Fakulta přírodovědně-humanitní a pedagogická Technická univerzita v Liberci

1 Mnohočleny a algebraické rovnice

Kapitola 7: Integrál.

Polynomy a interpolace text neobsahuje přesné matematické definice, pouze jejich vysvětlení

kuncova/, 2x + 3 (x 2)(x + 5) = A x 2 + B Přenásobením této rovnice (x 2)(x + 5) dostaneme rovnost

Příklad. Řešte v : takže rovnice v zadání má v tomto případě jedno řešení. Pro má rovnice tvar

Matematika IV 9. týden Vytvořující funkce

Limita a spojitost LDF MENDELU

2. V Q[x] dělte se zbytkem polynomy:

MAT 1 Mnohočleny a racionální lomená funkce

Polynomy. Mgr. Veronika Švandová a Mgr. Zdeněk Kříž, Ph. D. 1.1 Teorie Zavedení polynomů Operace s polynomy...

LDF MENDELU. Simona Fišnarová (MENDELU) LDR druhého řádu VMAT, IMT 1 / 22

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Integrální počet VY_32_INOVACE_M0307. Matematika

Polynomy nad Z p Konstrukce faktorových okruhů modulo polynom. Alena Gollová, TIK Počítání modulo polynom 1/30

Charakteristika tělesa

Pomocný text. Polynomy

Diferenciální rovnice 3

II. 3. Speciální integrační metody

Matematika Kvadratická rovnice. Kvadratická rovnice je matematický zápis, který můžeme (za pomoci ekvivalentních úprav) upravit na tvar

5. Interpolace a aproximace funkcí

MO-ME-N-T MOderní MEtody s Novými Technologiemi

Okruhy, podokruhy, obor integrity, těleso, homomorfismus. 1. Rozhodněte, zda daná množina M je podokruhem okruhu (C, +, ): f) M = { a

MATEMATIKA II V PŘÍKLADECH


HL Academy - Chata Lopata Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky / 27

M - Kvadratické rovnice a kvadratické nerovnice

8.3). S ohledem na jednoduchost a názornost je výhodné seznámit se s touto Základní pojmy a vztahy. Definice

rovnic), Definice y + p(x)y = q(x), Je-li q(x) = 0 na M, nazývá se y + p(x)y =

)(x 2 + 3x + 4),

pouze u některých typů rovnic a v tomto textu se jím nebudeme až na

Generující kořeny cyklických kódů. Generující kořeny. Alena Gollová, TIK Generující kořeny 1/30

M - Kvadratické rovnice

7. Derivace složené funkce. Budeme uvažovat složenou funkci F = f(g), kde některá z jejich součástí

[1] Definice 1: Polynom je komplexní funkce p : C C, pro kterou. pro všechna x C. Čísla a 0, a 1,..., a n nazýváme koeficienty polynomu.

Integrální počet - II. část (další integrační postupy pro některé typy funkcí)

Těleso racionálních funkcí

Inverzní Laplaceova transformace

Definice 13.1 Kvadratická forma v n proměnných s koeficienty z tělesa T je výraz tvaru. Kvadratická forma v n proměnných je tak polynom n proměnných s

ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ V ROVINĚ

maticeteorie 1. Matice A je typu 2 4, matice B je typu 4 3. Jakých rozměrů musí být matice X, aby se dala provést

Primitivní funkce a Riemann uv integrál Lineární algebra Taylor uv polynom Extrémy funkcí více prom ˇenných Matematika III Matematika III Program

Kapitola 11: Lineární diferenciální rovnice 1/15

Obsah. Aplikovaná matematika I. Gottfried Wilhelm Leibniz. Základní vlastnosti a vzorce

Kapitola 1. Hlavním cílem této kapitoly je naučit se rychle a bezchybně upravovat složité algebraické výrazy. To ovšem

ALGEBRA. 1. Pomocí Eukleidova algoritmu najděte největší společný dělitel čísel a a b. a) a = 204, b = 54, b) a = , b =

arcsin x 2 dx. x dx 4 x 2 ln 2 x + 24 x ln 2 x + 9x dx.

Praha & EU: investujeme do vaší budoucnosti. Daniel Turzík, Miroslava Dubcová,

Soustavy lineárních diferenciálních rovnic I. řádu s konstantními koeficienty

Nalezněte obecné řešení diferenciální rovnice (pomocí separace proměnných) a řešení Cauchyho úlohy: =, 0 = 1 = 1. ln = +,

z = a bi. z + v = (a + bi) + (c + di) = (a + c) + (b + d)i. z v = (a + bi) (c + di) = (a c) + (b d)i. z v = (a + bi) (c + di) = (ac bd) + (bc + ad)i.

4. OBYČEJNÉ DIFERENCIÁLNÍ ROVNICE

Interpolace, ortogonální polynomy, Gaussova kvadratura

vyjádřete ve tvaru lineární kombinace čtverců (lineární kombinace druhých mocnin). Rozhodněte o definitnosti kvadratické formy κ(x).

Řešení nelineárních rovnic

13. Kvadratické rovnice 2 body

9.5. Soustavy diferenciálních rovnic

INTEGRÁLY S PARAMETREM

1 L Hospitalovo pravidlo

Lineární algebra : Metrická geometrie

Úvod, základní pojmy, funkce

VYBRANÉ PARTIE Z NUMERICKÉ MATEMATIKY

Definice (Racionální mocnina). Buď,. Nechť, kde a a čísla jsou nesoudělná. Pak: 1. je-li a sudé, (nebo) 2. je-li liché, klademe

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Vlastní čísla a vlastní hodnoty. študenti MFF 15. augusta 2008

8 Kořeny cyklických kódů, BCH-kódy

Petr Hasil. Podpořeno projektem Průřezová inovace studijních programů Lesnické a dřevařské fakulty MENDELU v Brně (LDF)

I. 7. Diferenciál funkce a Taylorova věta

KOMPLEXNÍ ČÍSLA INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Elementární funkce. Polynomy

2. Určete jádro KerL zobrazení L, tj. nalezněte alespoň jednu jeho bázi a určete jeho dimenzi.

Test M1-ZS12-2 M1-ZS12-2/1. Příklad 1 Najděte tečnu grafu funkce f x 2 x 6 3 x 2, která je kolmá na přímku p :2x y 3 0.

9.4. Rovnice se speciální pravou stranou

1 Lineární prostory a podprostory

Funkce a lineární funkce pro studijní obory

Řešené úlohy z Úvodu do algebry 1

Operace s maticemi. 19. února 2018

Funkce jedné reálné proměnné. lineární kvadratická racionální exponenciální logaritmická s absolutní hodnotou

Teorie. Hinty. kunck6am

POLYNOMY 1 Jan Malý UK v Praze a UJEP v Ústí n. L. 1. Přehled teorie

c ÚM FSI VUT v Brně 20. srpna 2007

Extrémy funkce dvou proměnných

5. Lokální, vázané a globální extrémy

4 Počítání modulo polynom

EUKLIDOVSKÉ PROSTORY

Diferenciální rovnice 1

ALGEBRA. Téma 5: Vektorové prostory

a a

Čebyševovy aproximace

Transkript:

Polynomiální interpolace. Metoda neurčitých koeficientů Příklad.. Nalezněte polynom p co nejmenšího stupně, pro který platí p() = 0, p(2) =, p( ) = 6. Řešení. Polynom hledáme metodou neurčitých koeficientů, tj. polynom p očekáváme ve tvaru p(x) = a n x n + a n x n + a x + a 0, přičemž koeficienty a i jsou neznámé. Každá podmínka nám dá lineární rovnici v proměnných a i, celý problém lze tedy převést na řešení soustavy lineárních rovnic. Zbývá odpovědět na otázku, jak zvolit n, abychom nalezli polynom co nejmenšího stupně? Zvolíme-li n = počet podmínek, (.) pak dostaneme soustavu n + rovnic o n + neznámých (koeficientů je o jedna více než n), přičemž hodnost matice této soustavy bude vždy n +. To znamená, že tato soustava má jediné řešení, a toto řešení odpovídá hledanému polynomu (tj. polynomu co nejmenšího stupně, jenž vyhoví zadaným podmínkám). V našem případě je n = = 2, tedy polynom předpokládáme ve tvaru p(x) = a 2 x 2 + a x + a 0. Zadané podmínky pak vedou na soustavu rovnic Tuto soustavu vyřešíme: a 2 + a + a 0 = 0, 4a 2 + 2a + a 0 =, a 2 a + a 0 = 6. 0 0 0 0 0 2 4 2 0 2 0 0 0 0 6 0 2 0 6 0 0 0 0 Hledaný polynom je pak p(x) = 2x 2 x +. Příklad.2. Nalezněte polynom p co nejmenšího stupně, pro který platí p() = 2, p(2) =, p (2) = 2. Řešení. Polynom p očekáváme ve tvaru p(x) = a 2 x 2 + a x + a 0.

Derivace polynomu p je pak tvaru Zadané podmínky vedou na soustavu rovnic Tuto soustavu vyřešíme: p (x) = 2a 2 x + a. a 2 + a + a 0 = 2, 4a 2 + 2a + a 0 =, 4a 2 + a = 0. 2 2 2 0 0 4 2 0 2 5 0 0 0 2 4 0 2 0 4 6 0 4 6 0 0 Hledaný polynom je tedy x 2 2x +..2 Newtonova interpolační metoda Necht [x, y ], [x 2, y 2 ],..., [x n, y n ] jsou body v rovině. Našim úkolem je najít polynom p(x) co nejmenšího stupně, který splňuje p(x ) = y, p(x 2 ) = y 2,..., p(x n ) = y n. Pro libovolné nezáporné celé číslo k n definujeme poměrnou diferenci řádu k následujícím způsobem: Je-li k = 0, položíme p[x i ] = p(x i ). Pro k > 0 máme následující rekurentní vztah p[x i, x i+,..., x k+i x k+i ] = p[x i+,..., x k+i ] p[x i,..., x k+i ] x k+i x i. Pak hledaný interpolační polynom p(x) je p(x) = p(x 0 ) + p[x 0, x ] (x x 0 ) + p[x 0, x, x 2 ] (x x 0 )(x x ) + + + p[x 0, x, x 2,..., x n ] (x x 0 )(x x ) (x x n ). Příklad.. Pomocí Newtonovy interpolační metody vyřešte příklad.. Řešení. Ze zadaných hodnot sestavíme tabulku poměrných diferencí: Výsledný polynom pak je x i p(x i ) p[x i, x i+ ] p[x 0, x, x 2 ] 0 2 2 6 p(x) = 0 + (x ) + 2 (x )(x 2) = 2x 2 x +. 2

Máme-li v nějakém bodě x 0 kromě funkční hodnoty p(x 0 ) zadanou také hodnotu první derivace p (x 0 ), bod x 0 napíšeme do tabulky dvakrát (hned pod sebe) a místo hodnoty p[x 0, x 0 ], která není definovaná, napíšeme do tabulky hodnotu první derivace p (x 0 ) v bodě x 0. Ukážeme si to na následujícím příkladu. Příklad.4. Nalezněte polynom p co nejmenšího stupně, pro který platí p() = 2, p( ) = 6, p () = 2, p(0) =, p (0) = 4. Řešení. Ze zadaných hodnot sestavíme tabulku poměrných diferencí: Hledaný polynom pak je tvaru 6 5 0 4 0 0 0 0 2 2 2 p(x) = 6 + (x + ) ( 5) + x(x + ) = x 2 4x +. 2 Rozklad na parciální zlomky Definice 2.. Funkce R(x) = p(x) q(x), kde p a q 0 jsou polynomy, se nazývá racionální lomená funkce. Je-li navíc deg p < deg q, pak se R nazývá ryze lomená. Poznámka 2.. V dalším budeme uvažovat pouze racionální lomené funkce, jejichž čitatel a jmenovatel jsou nesoudělné (tj. nemají společný kořen v C). Každou ryze lomenou funkci p(x) q(x) lze rozložit na součet jednodušších ryze lomených funkcí, tzv. parciálních zlomků. Tento součet je určen jednoznačně až na pořadí jednotlivých zlomků. Je-li α R kořen polynomu q(x) a jeho násobnost je k (tj. (x α) k q(x), ale (x α) k+ q(x)), pak zlomky tvaru A i (x α) i i =, 2,..., k jsou parciální zlomky pro vhodná reálná čísla A i. Je-li x 2 +ax+b ireducibilní (diskriminant je záporný) faktor polynomu q(x) a jeho násobnost je k (tj. (x 2 +ax+b) k q(x), ale (x 2 +ac+b) k+ q(x)), pak zlomky tvaru B i x + C i (x 2 + ax + b) i i =, 2,..., k jsou parciální zlomky pro vhodná reálná čísla B i, C i. Pokud tedy chceme pro zadanou ryze lomennou funkci R(x) = p(x) q(x) spočítat její rozklad na parciální zlomky, potřebujeme nejprve polynom q rozložit na součin ireducibilních polynomů. Tím získáme jmenovatele parciálních zlomků. Zbývá tedy dopočítat jejich čitatele. Způsob, kterým to lze udělat, ilustrují následující příklady.

Příklad 2.2. Racionální lomený výraz R(x) = 2x2 x + (x ) (x 2 + ) Řešení. Hledáme reálná čísla A, B, C tak, aby platilo 2x 2 x + (x ) (x 2 + ) = A x + Bx + C x 2 +. Levou i pravou stranu rovnosti vynásobíme výrazem (x ) (x 2 +). Tm dostaneme rovnost dvou polynomů 2x 2 x + = A(x 2 + ) + (Bx + C)(x ). Dva polynomy se rovnají, právě když mají stejné koeficienty. Porovnáním koeficientů u x 2, x a x 0 obdržíme soustavu rovnic x 2 : 2 = A + B, x : = B + C, x 0 : = A C. Řešením této soustavy je A =, B =, C = 0. Výsledný rozklad je potom 2x 2 x + (x ) (x 2 + ) = x + x x 2 +. Poznámka 2.2. Pro každou ryze lomenou funkci jsme schopni výše popsaným postupem najít rozklad na parciální zlomky. Tento je však roven původní funkci pouze, pokud její čitatel a jmenovatel jsou spolu nesoudělné. Příklad 2.. Racionální lomený výraz R(x) = x2 + x + x 2 + x Řešení. Zadaná racionální lomená funkce, není ryze lomená. Proto nejprve podělíme čitatel jmenovatelem se zbytkem a dostaneme x 2 + x + x 2 + x = + x 2 + x. Funkce je ryze lomená, tedy ji můžeme rozložit na parciální zlomky. Hledáme reálná x 2 +x čísla A, B tak, aby platilo x 2 + x = A x + B x +. To vede na soustavu rovnic 0 = A + B, = A, 4

tedy A = a B =. Výsledný rozklad je pak x 2 + x + x 2 + x Příklad 2.4. Racionální lomený výraz = + x + x +. R(x) = x5 + x 4 2x + 6x 2 x + x x 2 + x Řešení. Zadaná racionální lomená funkce, není ryze lomená. Proto nejprve podělíme čitatel jmenovatelem se zbytkem a dostaneme x 5 + x 4 2x + 6x 2 x + x x 2 + x = x 2 + 2x + x2 2x + x x 2 + x. Funkce x2 2x+ x x 2 +x je ryze lomená, tedy ji můžeme rozložit na parciální zlomky. Vidíme, že x x 2 +x = x(x 2 x+), přičemž x 2 x+ je ireducibilní nad R (má záporný diskriminant). Hledáme tedy relná čísla A, B, C tak, aby platilo Odtud dostáváme To vede na soustavu rovnic x 2 2x + x x 2 + x = A x + Bx + C x 2 x +. x 2 2x + = A(x 2 x + ) + (Bx + C)x. = A + B, 2 = A + C, = A tedy A =, B = 2 a C =. Výsledný rozklad je pak x 5 + x 4 2x + 6x 2 x + x x 2 + x Příklad 2.5. Racionální lomený výraz = x 2 + 2x + x + 2x x 2 x +. R(x) = x + 2x 2 + x + x 4 + 2x 2 + Řešení. Funkce x +2x 2 +x+ je ryze lomená, tedy ji můžeme rozložit na parciální zlomky. x 4 +2x 2 + Vidíme, že x 4 + 2x 2 + = (x 2 + ) 2, přičemž x 2 + je ireducibilní nad R (má záporný diskriminant). Hledáme tedy reálná čísla B, B 2, C, C 2 tak, aby platilo x + 2x 2 + x + x 4 + 2x 2 + = B x + C x 2 + 5 + B 2x + C 2 (x 2 + ) 2.

Odtud dostáváme x + 2x 2 + x + = (B x + C )(x 2 + ) + (B 2 x + C 2 ). To vede na soustavu rovnic = B, 2 = C, = B + B 2, = C + C 2. tedy B =, B 2 = 2, C = 2 a C 2 =. Výsledný rozklad je pak x + 2x 2 + x + x 4 + 2x 2 + = x + 2 x 2 + + 2x (x 2 + ) 2. Limity posloupností Tvrzení.. Existují-li A, B R tak, že a n = A a b n = B, pak Je-li navíc B 0, pak Příklad.2. Vypočtěte: (a n b n ) = A B, (a n + b n ) = A + B, a n = A. a n = A b n B.. 2.. 4. 5. n 2 + n n sin(n!) n+ ( 2) n + n ( 2) n+ + n+ n n n 6. +6n 0 2n 7. Řešení.. ( ) 7n+6 + 2n+ n 2 + = n 2 + 6 = n 2 + = 0.

2. ( n n ) ( n + n ) n (n ) n n = = = n + n n + n n + n = 0.. Platí proto n n + 2 sin(n!) n + n +, n 0 = 2 n + sin n! n + n + = 0. 4. ( 2) n + n ( 2) n+ = + n+ = ( 2) n + n ( 2) n+ + n+ ( 2 ) n + ) n+ = + ( 2 n+ n+ = 5. n n =. 6. n + 6n 0 2n = 2. 7. ( + = 2n + [ ( + 2n + ) 7n+6 ( = + ) 7 2 (2n+)] 2n + ( + 2n + ) 7 2 (2n+) 9 2 = ) 9 2 = e 7. 7