Pseudospektrální metody

Podobné dokumenty

Čebyševovy aproximace

Integrace. Numerické metody 7. května FJFI ČVUT v Praze

Kombinatorická minimalizace

Interpolace, ortogonální polynomy, Gaussova kvadratura

Aproximace funkcí. Numerické metody 6. května FJFI ČVUT v Praze

Libovolnou z probraných metod najděte s přesností na 3 desetinná místa kladný kořen rovnice. sin x + x 2 2 = 0.

Aproximace funkcí. x je systém m 1 jednoduchých, LN a dostatečně hladkých funkcí. x c m. g 1. g m. a 1. x a 2. x 2 a k. x k b 1. x b 2.

úloh pro ODR jednokrokové metody

A 9. Počítejte v radiánech, ne ve stupních!

Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering Czech Technical University in Prague

Aproximace funkcí. Polynom Φ m (x) = c 0 + c 1 x + c 2 x c m x m. Φ m (x) = c 0 g 0 (x) + c 1 g 1 (x) + c 2 g 2 (x) +...

1 Polynomiální interpolace

Jana Dannhoferová Ústav informatiky, PEF MZLU

Numerická matematika Písemky

Interpolace, aproximace

Metoda nejmenších čtverců Michal Čihák 26. listopadu 2012

Interpolace pomocí splajnu

Typy příkladů na písemnou část zkoušky 2NU a vzorová řešení (doc. Martišek 2017)

NUMERICKÉ METODY. Problematika num. řešení úloh, chyby, podmíněnost, stabilita algoritmů. Aproximace funkcí.

Kapitola 4: Průběh funkce 1/11

5.3. Implicitní funkce a její derivace

Globální matice konstrukce

APROXIMACE FUNKCÍ. Jedním ze základních úkolů numerických metod matematické analýzy je studium aproximací

Kapitola 4: Průběh funkce 1/11

Interpolace Lagrangeovy polynomy. 29. října 2012

Požadavky k písemné přijímací zkoušce z matematiky do navazujícího magisterského studia pro neučitelské obory

Řešení diferenciálních rovnic

INTERPOLAČNÍ POLYNOM. F (x)... hledaná funkce (polynom nebo funkce vytvořená z polynomů), pro kterou platí

Nelineární obvody. V nelineárních obvodech však platí Kirchhoffovy zákony.

NMAF 051, ZS Zkoušková písemná práce 26. ledna x. x 1 + x dx. q 1. u = x = 1 u2. = 1 u. u 2 (1 + u 2 ) (1 u 2 du = 2.

MKI Funkce f(z) má singularitu v bodě 0. a) Stanovte oblast, ve které konverguje hlavní část Laurentova rozvoje funkce f(z) v bodě 0.

APROXIMACE KŘIVEK V MATLABU NEWTONŮV INTERPOLAČNÍ POLYNOM CURVE FITTING IN MATLAB NEWTON INTERPOLATION POLYNOMIAL

16 Fourierovy řady Úvod, základní pojmy

Nelineární rovnice. Numerické metody 6. května FJFI ČVUT v Praze

Matematika 3. Úloha 1. Úloha 2. Úloha 3

Numerická matematika 1

5. Interpolace a aproximace funkcí

Diferenciální počet - II. část (Taylorův polynom, L Hospitalovo pravidlo, extrémy

Aproximace a interpolace

INTERPOLAČNÍ POLYNOM.... hledaná funkce (polynom nebo funkce vytvořená z polynomů), pro kterou platí

8. Okrajový problém pro LODR2

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

Funkce komplexní proměnné a integrální transformace

Kristýna Bémová. 13. prosince 2007

Newtonova metoda. 23. října 2012

Numerická matematika Banka řešených příkladů

POŽADAVKY K SOUBORNÉ ZKOUŠCE Z MATEMATIKY

UNIVERZITA PARDUBICE. 4.4 Aproximace křivek a vyhlazování křivek

Řešení 1D vedení tepla metodou sítí a metodou

5. Lokální, vázané a globální extrémy

Maturitní témata z matematiky

AVDAT Nelineární regresní model

Aplikovaná numerická matematika

České vysoké učení technické v Praze Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská OKRUHY. ke státním závěrečným zkouškám BAKALÁŘSKÉ STUDIUM

Numerické řešení nelineárních rovnic

19 Hilbertovy prostory

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)

Pojem limity funkce charakterizuje chování funkce v blízkém okolí libovolného bodu, tedy i těch bodů, ve kterých funkce není definovaná. platí. < ε.

18 Fourierovy řady Úvod, základní pojmy

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2018

Numerická matematika. Zadání 25. Řešení diferenciální rovnice Rungovou Kuttovou metodou

MATURITNÍ TÉMATA Z MATEMATIKY

Úvod do optimalizace, metody hladké optimalizace

NMAF 051, ZS Zkoušková písemná práce 17. února ( sin (π 2 arctann) lim + 3. n 2. π 2arctan n. = lim + 3.

Aproximace a interpolace

1 Modelování systémů 2. řádu

9. cvičení z Matematické analýzy 2

Budeme hledat řešení y(x) okrajové úlohy pro diferenciální rovnici druhého řádu v samoadjungovaném tvaru na intervalu a, b : 2 ) y i p i+ 1

1. Chyby vstupních dat metody převedení úlohy na numerickou (řád použité metody) zaokrouhlovací reprezentace čísel v počítači

Popis metod CLIDATA-GIS. Martin Stříž

Zlín, 23. října 2011

Posloupnosti a jejich konvergence

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI

em do konce semestru. Obsah Vetknutý nosník, str. 8 Problém č.8: Průhyb nosníku - Ritzova metoda

Odhad stavu matematického modelu křižovatek

Matematika I A ukázkový test 1 pro 2011/2012. x + y + 3z = 1 (2a 1)x + (a + 1)y + z = 1 a

Numerické metody 6. května FJFI ČVUT v Praze

7. Rozdělení pravděpodobnosti ve statistice

VYBRANÉ PARTIE Z NUMERICKÉ MATEMATIKY

Odhad parametrů N(µ, σ 2 )

Státní závěrečná zkouška z oboru Matematika a její použití v přírodních vědách

Téma je podrobně zpracováno ve skriptech [1], kapitola

9 INTERPOLACE A APROXIMACE

Pozn. 1. Při návrhu aproximace bychom měli aproximační funkci vybírat tak, aby vektory ϕ (i) byly lineárně

Posloupnosti a jejich konvergence POSLOUPNOSTI

Ukázka možností interpolace dat v softwaru Matlab

Poznámka: V kurzu rovnice ostatní podrobně probíráme polynomické rovnice a jejich řešení.

a vlastních vektorů Příklad: Stanovte taková čísla λ, pro která má homogenní soustava Av = λv nenulové (A λ i I) v = 0.

Funkce jedn e re aln e promˇ enn e Derivace Pˇredn aˇska ˇr ıjna 2015

Diferenciální počet 1 1. f(x) = ln arcsin 1 + x 1 x. 1 x 1 a x 1 0. f(x) = (cos x) cosh x + 3x. x 0 je derivace funkce f(x) v bodě x0.

APROXIMACE KŘIVEK V MATLABU TRIGONOMETRICKÉ POLYNOMY CURVE FITTING IN MATLAB TRIGONOMETRIC POLYNOMIAL

5. Aproximace funkcí. Tento učební text byl podpořen z Operačního programu Praha- Adaptabilita. Hana Hladíková

Numerické metody a statistika

Hledání kořenů rovnic jedné reálné proměnné metoda půlení intervalů Michal Čihák 23. října 2012

Zpracoval: 7. Matematická indukce a rekurse. Řešení rekurentních (diferenčních) rovnic s konstantními koeficienty.

Literatura: Kapitola 2 d) ze skript Karel Rektorys: Matematika 43, ČVUT, Praha, Text přednášky na webové stránce přednášejícího.

Hledání extrémů funkcí

Strukturální regresní modely. určitý nadhled nad rozličnými typy modelů

2. Numerické výpočty. 1. Numerická derivace funkce

Transkript:

Pseudospektrální metody Obecně: založeny na rozvoji do bázových funkcí s globálním nosičem řešení diferenciální rovnice aproximuje sumou kde jsou např. Čebyševovy polynomy nebo trigonometrické funkce tyto funkce pak můžeme derivovat přesně otázka: z jaké třídy funkcí vybírat a jak určit koeficienty expanze Požadavky: 1. musí rychle konvergovat k, aspoň pro rozumné funkce 2. z koeficientů musíme lehce dostat k :, 3. musí existovat rychlý algoritmus na přepočet mezi koeficienty a hodnotami v nějakém uzlu sítě Periodický problém rozvoj do trigonometrických funkcí splňuje všechny tři požadavky; první dva automaticky a třetí díky FFT algoritmu Neperiodický problém rozvoj do trigonometrických funkcí selhává pro požadavek 1. Chyba vznikne umělým vynucením periodicity oříznutý Tailorův rozvoj vyžaduje velkou hladkost, jinak zase není bod 1 splněn v případě nespojitosti se objeví Gibbsův jev

Jako nejvhodnější funkce se ukazují ortogonální polynomy Jakobiho typu (Čebyševovy a Legenderovy) konečný rozvoj do Legenderových polynomů je optimální pro normu, aproximace v maximové normě je optimální v Čebyševových polynomech interpolace v Čebyševových uzlech (kořenech nebo extrémech), dává pro libovolnou funkci interpolační polynom blízký optimálnímu v maximové normě, kde je Lebesgueova konstanta (př. ; ; ) požadavek 1. je tedy pro Jakobiho polynomy splněn, 2. bod také, protože existuje rekurentní algoritmus na výpočet derivace, který navíc není závislý na. Pokud navíc zvolíme, můžeme na přechod mezi koeficienty rozvoje a funkčními hodnotami použít kosinovou transformaci FCT použití Čebyševových polynomů se jeví jako univerzální pro neperiodické problémy Kardinální funkce a diferenční matice derivace funkce v bodě : zapsáno maticovou formou:

PS metody jako konečné diference (FD) Periodické i neperiodické PS metody mohou být brány jako velmi přesná limita FD metod polynomiální aproximace funkce v bodě pomocí Lagrengeova interpol. polynomu -tý člen zaručuje, že má interpolační polynom v daném uzlu správnou hodnotu Aproximace derivace funkce v bodě ; :, Kde váhy jsou Rozložení uzlů Ekvidistantní rozložení Rozložení vah pro centrální diference a pro jednostrannou derivaci. Váhy konečných diferencí s ekvidistantně rozloženými uzly pro zvyšující se řád přesnosti u hranic významně rostou a tím se zvyšuje chyba. Nejjednodušší cesta, jak se těch chyb zbavit, je koncentrovat uzly k hranicím intervalů. Všechny ortogonální polynomy (Čebyšev, Legendre) charakterizuje, že pro rostoucí se vzdálenost mezi uzly u hranice chová jako ( ).

Interpolační polynom dává pěkné chování i mezi uzly, pouze pokud se tak chová i polynom Jednotlivé členy Lagrengeova interpolačního polynomu významně neoscilují na síti s čebyševovsky rozloženými uzly. Lebesguova konstanta je v Obr. 3.3-3 přímo vidět: Interpolační chyba je obzvlášť malá, pokud použijeme čebyševovskou síť. Chyba interpolačního polynomu splňuje: Součin je jediná část, kterou můžeme kontrolovat přímo rozložením uzlů intervalu je součin nejmenší právě pro Čebyševovy polynomy.. Na

Ekvivalence PS metod a limity FD metod Předpokládejme, že data nemůžou být rozšířena přes hranici. Řád přesnosti interpolace závisí na počtu síťových bodů. Pro daná data a rozložení uzlů je interpolační polynom jedinečný. Protože oba přístupy dávají stejné výsledky pro int. polynom, budou i výsledky stejné. PS: Data daná v bodech na intervalu v nulách nebo extrémech nějakého ortogonálního polynomu. Rozvojem do těchto polynomů se PS metoda postará o přesné odvození interpolačního polynomu procházejícího skrz data. FD: K aproximaci derivací v síťových bodech se musí počítat váhy pro každý bod zvlášť Interpolace polynomy vyšších řádů má špatnou pověst, protože do nich vstupuje velká chyba daná oscilacemi u hranice, které ovšem nevzniknou použitím sítě s čebyševovsky rozloženými uzly.