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

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

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

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

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

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

ODR metody Runge-Kutta


Semestrální písemka BMA3 - termín varianta A13 vzorové řešení

4 Numerické derivování a integrace

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.

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

Interpolace Lagrangeovy polynomy. 29. října 2012

5. Interpolace a aproximace funkcí

Čebyševovy aproximace

Integrace. Numerické metody 7. května FJFI ČVUT v Praze

Zimní semestr akademického roku 2015/ ledna 2016

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

METODA PŮLENÍ INTERVALU (METODA BISEKCE) METODA PROSTÉ ITERACE NEWTONOVA METODA

Téma je podrobně zpracováno ve skriptech [1], kapitola

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

Interpolace, ortogonální polynomy, Gaussova kvadratura

ÚSTAV MATEMATIKY A DESKRIPTIVNÍ GEOMETRIE. Matematika 0A4. Cvičení, letní semestr DOMÁCÍ ÚLOHY. Jan Šafařík

Numerické řešení diferenciálních rovnic

Aproximace a interpolace

Řešení nelineárních rovnic

- funkce, které integrujete aproximujte jejich Taylorovými řadami a ty následně zintegrujte. V obou případech vyzkoušejte Taylorovy řady

Numerická matematika Banka řešených příkladů

1 Polynomiální interpolace

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

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) +...

výsledek 2209 y (5) (x) y (4) (x) y (3) (x) 7y (x) 20y (x) 12y(x) (horní indexy značí derivaci) pro 1. y(x) = sin2x 2. y(x) = cos2x 3.

Interpolace pomocí splajnu

Numerická integrace a derivace

Diferenciál a Taylorův polynom

Numerická matematika Písemky

Aplikovaná matematika I

Matematický ústav Slezské univerzity v Opavě NUMERICKÉ METODY. RNDr. Karel Hasík, Ph.D.

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

A 9. Počítejte v radiánech, ne ve stupních!

Bézierovy křivky Bohumír Bastl KMA/GPM Geometrické a počítačové modelování Bézierovy křivky GPM 1 / 26

Funkcionální řady. January 13, 2016

Požadavky a podmínky zkoušky z Numerických metod I (2NU)

Kombinatorická minimalizace

Zadání semestrálních prací 2NU, 2016/17, doc. Martišek

Matematika I A ukázkový test 1 pro 2014/2015

A NUMERICKÉ METODY. Matice derivací: ( ) ( ) Volím x 0 = 0, y 0 = -2.

Derivace a monotónnost funkce

DRN: Kořeny funkce numericky

9.4. Rovnice se speciální pravou stranou

9. přednáška 26. listopadu f(a)h < 0 a pro h (0, δ) máme f(a 1 + h, a 2,..., a m ) f(a) > 1 2 x 1

NUMERICKÉ METODY. Josef Dalík

Numerické řešení nelineárních rovnic

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

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

Hledáme lokální extrémy funkce vzhledem k množině, která je popsána jednou či několika rovnicemi, vazebními podmínkami. Pokud jsou podmínky

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

Newtonova metoda. 23. října 2012

Pseudospektrální metody

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

I. Diferenciální rovnice. 3. Rovnici y = x+y+1. převeďte vhodnou transformací na rovnici homogenní (vzniklou

Hledání extrémů funkcí

Řešení diferenciálních rovnic

I. 7. Diferenciál funkce a Taylorova věta

Petr Hasil

Aproximace a vyhlazování křivek

Jana Dannhoferová Ústav informatiky, PEF MZLU

Přednáška 11, 12. prosince Část 5: derivace funkce

Numerické řešení nelineárních rovnic

KŘIVKY A PLOCHY. Obrázky (popř. slajdy) převzaty od

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

Matematika I (KX001) Užití derivace v geometrii, ve fyzice 3. října f (x 0 ) (x x 0) Je-li f (x 0 ) = 0, tečna: x = 3, normála: y = 0

Moderní numerické metody

Numerická matematika 1

GEODETICKÉ VÝPOČTY I.

MATEMATIKA III. Olga Majlingová. Učební text pro prezenční studium. Předběžná verze

Interpolace, aproximace

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

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

MATEMATIKA I - vybrané úlohy ze zkoušek v letech

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

7. Aplikace derivace

SEMESTRÁLNÍ PRÁCE X. Aproximace křivek Numerické vyhlazování

9.5. Soustavy diferenciálních rovnic

Příklady pro cvičení 22. dubna 2015

EXTRÉMY FUNKCÍ VÍCE PROMĚNNÝCH

verze 1.3 x j (a) g k 2. Platí-li vztahy v předchozím bodu a mají-li f, g 1,..., g s v a diferenciál K = f + j=1

Zadání semestrálních prací 2NU, 2015/16 doc. Martišek

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

řešeny numericky 6 Obyčejné diferenciální rovnice řešeny numericky

Řešení 1D vedení tepla metodou sítí a metodou

FP - SEMINÁŘ Z NUMERICKÉ MATEMATIKY. Katedra matematiky a didaktiky matematiky Technická univerzita v Liberci

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE. Numerické metody jednorozměrné minimalizace

Matematika 1 pro PEF PaE

UNIVERZITA PARDUBICE. 4.4 Aproximace křivek a vyhlazování křivek

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

Globální matice konstrukce

Rozdíly mezi MKP a MHP, oblasti jejich využití.

EUKLIDOVSKÉ PROSTORY

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

úloh pro ODR jednokrokové metody

Transkript:

8 Řešení Lagrangeovy a Hermiteovy úlohy interpolace 1 INTERPOLAČNÍ POLYNOM aproximace zadaných hodnot nebo hledané funkce f funkcí F (x) (polynomem) F musí být k f co nejblíže značení: P (n) množina všech polynomů stupně n ÚLOHA LAGRANGEOVY INTERPOLACE značení: x 0, x 1,, x n y 0, y 1,, y n F (x) P (n) vzájemně různé body (uzly) dané hodnoty hledaná funkce (polynom nebo funkce vytvořená z polynomů), pro kterou platí F (x i ) = y i, i = 0, 1,, n interpolační polynom v Newtonově tvaru: N(x) = a 0 + a 1 (x x 0 ) + a n (x x 0 ) (x x 1 ) (x x n1 ), kde a 0, a 1,, a n jsou koeficienty splňující soustavu rovnic a 0 = y 0 a 0 + a 1 (x 1 x 0 ) = y 1 a 0 + a 1 (x x 0 ) + a (x x 0 )(x x 1 ) = y a 0 + a 1 (x n x 0 ) + + a n (x n x 0 ) (x n x n1 ) = y n Řešení lze popsat rekurzivním způsobem pomocí poměrných diferencí prvního, druhého, n-tého řádu výpočet pomocí tabulky poměrných diferencí si ukážeme na cvičení ÚLOHA HERMITEOVY INTERPOLACE značení: x 0, x 1,, x n y 0, y 1,, y n y 0, y 1,, y n F (x) P (n+1) vzájemně různé body (uzly) dané hodnoty dané hodnoty první derivace hledaná funkce (polynom nebo funkce vytvořená z polynomů), pro kterou platí F (x i ) = y i F (x i ) = y i, i = 0, 1,, n interpolační polynom v zobecněném Newtonově tvaru (Hermiteův interpolační polynom): H(x) = a 0 + a 1 (x x 0 ) + a n (x x 0 ) (x x 1 ) (x x n1 ), kde a 0, a 1,, a n jsou koeficienty splňující soustavu rovnic (stejnou jako výše), přičemž každý uzel se v dané soustavě objevuje dvakrát a poměrné diference tvaru 0 jsou nahrazeny zadanými derivacemi 0

8 Řešení Lagrangeovy a Hermiteovy úlohy interpolace Příklad 1 Pro zadané hodnoty sestrojte a) interpolační polynom v Newtonově tvaru, b) Hermiteův interpolační polynom i 0 1 x i 0 1 3 y i 1 0 16 y i -1-9 y 10 5 0 5 10 15 N(x) H(x) Řešení 00 05 10 15 0 5 30 x

8 Řešení Lagrangeovy a Hermiteovy úlohy interpolace 3 Příklad Hodnotu 3 105 aproximujte hodnotou a) interpolačního polynomu v Newtonově tvaru, b) Hermiteova interpolačního polynomu funkce f(x) = 3 x v uzlech x 0 = 1 a x 1 = 1 V obou případech určete absolutní chybu aproximace Zaokrouhlujte na 6 desetinných míst a) Úloha Lagrangeovy interpolace, interpolační polynom v Newtonově tvaru: i x i y i y(x i, x i+1 ) interpolační polynom v Newtonově tvaru: 0 1 1 106659 1 = 0313395 1 1 1 1 106659 N(x) = 1 + 0313395 (x 1) N(105) = 1 + 0313395 (105 1) = 1015665 3 105 = 1016396 odhad absolutní chyby: N(105) 3 105 = 731 10 b) Úloha Hermiteovy interpolace, interpolační polynom v zobecněném Newtonově tvaru: f(x) = 3 x f (x) = 1 3 x 3 i x i y i y(x i, x i+1 ) y(x i, x i+1, x i+ ) y(x 0, x 1, x, x 3 ) 0 1 1 f (1) = 0333333 1 1 1 106659 1 = 031395 1 1 1 106659 f (1) = 095183 3 1 106659 031395 0333333 = 010019 1 1 095183 031395 = 009056 1 1 009056 + 010019 1 1 = 00815 Hermiteův interpolační polynom v zobecněném Newtonově tvaru: H(x) = 1 + 0333333(x 1) 010019(x 1) + 00815(x 1) (x 1) H(105) = 1 + 0333333(105 1) 010019(105 1) + 00815(105 1) (105 1) = 1016398 3 105 = 1016396 odhad absolutní chyby: H(105) 3 105 = 199 10 6

8 Řešení Lagrangeovy a Hermiteovy úlohy interpolace Řešený příklad z praxe Nákladní trajekt spojující pevninu s ostrovem má maximální kapacitu 1 000 osobních vozů, ovšem nakládka vozů blížící se maximální kapacitě je časově velmi náročná K dispozici máme tabulku s počty aut naloženými v daném čase Odhadněte, kolik vozů bylo naloženo za 1 hodinu, použitím a) interpolačního polynomu v Newtonově tvaru, b) Hermiteova interpolačního polynomu Řešení a) interpolační polynom v Newtonově tvaru čas [hod] 05 07 09 11 y 5 585 689 768 y 73 590 53 30 Zdroj: [1] i x i y i y(x i, x i+1 ) y(x i, x i+1, x i+ ) y(x 0, x 1, x, x 3 ) 0 05 5 1 07 585 09 689 3 11 768 665 50 395 50 3 65 Newtonův interpolační polynom: N(x) = 5 + 665 (x 05) = 50 3 x3 10 N(1) = 5851 8 = 73130 b) Hermiteův interpolační polynom x + 7315 6 (x 05) (x 07) + 50 3 x 69 8 (x 05) (x 07) (x 09) = i x i y i 0 05 5 1 05 5 07 585 3 07 585 09 689 5 09 689 6 11 768 7 11 768 73 665 590 50 53 395 30-390 -3-350 -335-90 - 15 15 65 15 65 3 6 5 3 18 315 36 33 36 36169 5

8 Řešení Lagrangeovy a Hermiteovy úlohy interpolace 5 Hermiteův interpolační polynom: H(x) = = 36169 5 H(1) = 1007 19 = 731865 x 7 + 379051 50 x 6 116768 7 x 5 + 39985 x 70177 5 x 3 + 8031 15 x 3171 5 x + 17 15 Poznámka k výsledkům Pokud víme, že lze počet naložených vozů v čase t vyjádřit vztahem f(t) = 1 000 t t + e t, porovnejte odhadnuté počty naložených aut za 1 hodinu se skutečnou hodnotou: t [hod] 1 N(t) 73130 H(t) 731865 f(t) 7310586 Pozn Zajímají nás odhady počtů naložených aut po zaokrouhlení se odhady neliší od hodnoty spočítané ze zadané funkce Počet naložených aut během 1 hodiny je tedy 731 Zdroj: [1] https://czdepositphotoscom/87003778/stock-illustration-cargo-ship-with-containershtml (listopad 018) Kateřina Konečná/verze: 5 XI 018