差商及Newton插值多項(xiàng)式.ppt

3 差商及Newton插值多項(xiàng)式,一、差商及其性質(zhì),Lagrange 插值多項(xiàng)式的優(yōu)點(diǎn)是格式整齊規(guī)范，但其缺點(diǎn)是：當(dāng)需要增加節(jié)點(diǎn)時(shí)，其基函數(shù)都要發(fā)生變化，需要重新計(jì)算，這在實(shí)際計(jì)算中會(huì)影響效率。下面介紹的Newton插值法會(huì)彌補(bǔ)這一不足。,1.差商的定義,設(shè)y=f(x)在n+1個(gè)互異點(diǎn) x0 , x1 , , xn 處的函數(shù)值為：,一般地，稱k-1 階差商的一階差商,為f(x)關(guān)于點(diǎn) 的 k 階差商。,可以求得,2.差商的性質(zhì),其中,證明：以k=2進(jìn)行證明。由,得到,由,得到,從而,證明：以k=1 為例,性質(zhì)2:差商具有對(duì)稱性,即k階差商 fx0 , x1 , , xk-1 , xk 中，任意調(diào)換 xi , xj 的次序，其值不變。,以k=2為例,所以,性質(zhì)3：若f(x)為n 次多項(xiàng)式，則f x,x0為關(guān)于x 的n-1次多項(xiàng)式。,證明：已知,故,類似的可以得到：,也就是說(shuō)，對(duì)多項(xiàng)式求一次差商，次數(shù)降低一次。,由于 是 的根，所以,3.差商的計(jì)算,為構(gòu)造 Newton 插值多項(xiàng)式方便起見(jiàn)，計(jì)算差商時(shí)，采用列表的方式進(jìn)行。,例 2.2 已知函數(shù) y=f(x) 的如下離散數(shù)據(jù)(1,0)、(2,2)、(4,12)、 (5,20)、(6,70)，試求其各階差商.,解：列差商表計(jì)算,2,5,8,50,1,1,21,0,5,1,二、Newton 插值多項(xiàng)式,對(duì)于區(qū)間a,b內(nèi)的離散點(diǎn) 及相應(yīng)的函數(shù)值 ，計(jì)算如下差商：,可以求得：,依次類推得到：,令：,則可以將函數(shù) f(x) 表示成：,容易驗(yàn)證,因此 Nn(x) 滿足插值條件，是一個(gè) n 次插值多項(xiàng)式。,并稱,為n次Newton插值多項(xiàng)式。,如果 f(x) Nn(x),則誤差為：,驗(yàn)證,驗(yàn)證,因,所以,依此類推,證畢,關(guān)于Newton插值多項(xiàng)式，有以下幾個(gè)特點(diǎn)：,1 Newton插值多項(xiàng)式與同次Lagrange插值多項(xiàng)式相同，因而誤差相同,因?yàn)镹ewton插值多項(xiàng)式與Lagrange插值多項(xiàng)式滿足相同的插值條件，由插值多項(xiàng)式的存在唯一性知,因此，Newton插值多項(xiàng)式與Lagrange插值多項(xiàng)式的誤差相同。這樣，由,Nn(x)=Ln(x),得到,這個(gè)表達(dá)式給出了 n+1 階差商與 n+1 階導(dǎo)數(shù)之間的關(guān)系式。,解：由差商與導(dǎo)數(shù)的關(guān)系式,得到,2. Newton插值多項(xiàng)式具有遞推式,由,可知,所以，具有遞推公式：,由此可知：當(dāng)求出n次插值多項(xiàng)式后，再增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，只需要增加一項(xiàng)的計(jì)算即可。,由Newton插值多項(xiàng)式的結(jié)構(gòu)可以看出，在構(gòu)造Newton插值多項(xiàng)式時(shí)，必須首先計(jì)算各階差商。,3. Newton插值多項(xiàng)式的構(gòu)造,例4 已知f(x) 的五組數(shù)據(jù)(1,0)、(2,2)、(3,12)、(4,42)、(5,116),求 N4 (x)。如果再增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)(6,282),求出N5(x)，并計(jì)算 N4(1.5)、N5(1.5).,解：先由前五組數(shù)據(jù)列差商表,1 0 2 2 3 12 4 42 5 116,2 10 30 74,4 10 22,2 4,0.5,得到：,如果，再增加一點(diǎn)(6, 282),就在上表中增加一行計(jì)算差商。,6 282,166,46,8,1,0.1,由Newton公式的遞推式得到：,得到：,練習(xí)題：已知離散數(shù)據(jù)(1,0)、(2,2)、(4，12）、(5,20) 求三次Newton插值多項(xiàng)式，增加一點(diǎn)(6,70)后， 再求出四次Newton插值多項(xiàng)式。,本節(jié)(3 )要點(diǎn),1.掌握差商及其性質(zhì)，導(dǎo)數(shù)與差商的關(guān)系 2.掌握Newton 插值多項(xiàng)式的構(gòu)造方法及具體結(jié)構(gòu) 3.掌握Newton插值多項(xiàng)式的誤差結(jié)果 4.編寫Newton插值多項(xiàng)式計(jì)算程序進(jìn)行實(shí)際計(jì)算,思考題： 如何實(shí)現(xiàn)差商表和Newto