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航海数学
Nautical Mathematics
September 7, 2015
武汉理工大学 航运学院
刘文
第一章 航海数值内插法
插值法是一种古老的数学方法,早在一千多年前的隋唐时期定制历法时就广泛应用了二次插值。刘焯将等距节点的二次插值应用于天文计算。
插值理论却是在17世纪微积分产生后才逐步发展起来的,Newton插值公式理论是当时的重要成果。
由于计算机的使用以及航空、造船、精密仪器的加工,插值法在理论和实践上都得到进一步发展,获得了广泛的应用。
在航海数值计算中,经常要用到一些专用表册,如:航海表、吃水差表等等,这些表册都是按一定的函数关系编排的,如:
?
数值内插在航海工程中的意义
根据已知的x值,查表可求得y值,但是表内不可能一一列出全部y值,当所求的函数值y正好在两表列数值之间,利用表列数据间的引数求y值的方法称为内插法。
内插法:
利用函数表册,根据任意居间引数查取相应函数的方法。
内插分类:
a:按使用目的:
正内插-已知引数求函数;
反内插-已知函数求引数。
b:按引数的个数:
单内插、双内插、三内插
c:按函数的性质:
线性内插、变率内插、高次内插
第一节 比例内插 (Proportional Interpolation)
一.比例单内插 (proportional single interpolation)
引数
函数值
x0
yo
x1
y1
…
…
1.比例正内插
已知 求 。
?
比例内插公式:
O
x0
y0
x1
y1
x
y
f(x)
x
y
a
b
c
e
d
?
?
?
比例内插的几何意义:
用表列引数两点的直线代替曲线进行内插,即以弦代替曲线进行内插。
结论:
1)f(x)为线性函数,求得的y值没有误差
2) f(x)为非线性函数,求得的y值有df误差
②:对非线性函数,表间距越小,利用线性内插求得的函数值的误差越小。但是表的篇幅会增大。
①:只要在误差允许的范围内,均可采用线性内插。
例2-1-1:设物标高h,垂直角α,水平距离D=h ctgα,利用该式编表如下:
(1)求α=4′,h=13.4m时的D*?
α h
10 20
3
4
5
6.2 12.3
4.6 9.3
3.7 7.4
13.4
6.2
?
(2)求α=5′,h=13.4m时的D**?
α h
10 20
3
4
5
6.2 12.3
4.6 9.3
3.7 7.4
13.4
5.0
?
2. 比例反内插 (inverse proportional interpolation)
内插的逆运算,,已知求?
内插的逆运算,,已知求?
比例内插公式
?
比例反内插公式
?
二. 比例双内插 (proportional double interpolation)
当函数有两个自变量时,用比例双内插求近似解。
比例双内插是比例单内插的自然推广。
比例单内插是比例双内插的特殊情形。
比例双内插可按照比例单内插的计算方式进行计算。
例2-1-2:由例2-1-1的计算结果,求h=13.4m,α=4?.4时的D?
α h
10 20
3
4
5
6.2 12.3
4.6 9.3
3.7 7.4
13.4
6.2
?
例2-1-2:由例2-1-1的计算结果,求h=13.4m,α=4?.4时的D?
α h
10 20
3
4
5
6.2 12.3
4.6 9.3
3.7 7.4
13.4
6.2
5.0
?
例2-1-2:由例2-1-1的计算结果,求h=13.4m,α=4?.4时的D?
α h
10
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