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§3 函数平方逼近 用均方误差最小作为度量标准,研究函数 的逼近多项式,就是最佳平方逼近 问题。 若存在 ,使 就是 在 上的最佳平方逼近多项式. 由于 是关于 的二次函 数,利用多元函数求极值的必要条件 于是有 (内积定义 ) 这是关于 的线性方程组,称为法 方程,由于 线性无关,故系数行列 式 ,于是此方程组有唯一 解 ,从而得到 定理5. 在 上线性无关 的充分必要条件是它的克来姆(Gramer)行列 式 ,其中 若令 ,则平方误差为 由于 所以 若取 ,则要在 中求n次最佳平方逼近多项式 若用H表示 对应的矩阵, 即 此为希尔伯特(Hilbert)矩阵, 记 ,则 的解 即为所求。 例:设 ,求[0,1]上的一次最佳平方 逼近多项式。 解: 利用公式 得 方程组为 解出 平方误差 最大误差 用 做基,求最佳平方逼近多项 式,当n较大时,系数矩阵是高度病态的,求法 方程的解,舍入误差很大,这时要用正交多项 式做基,才能求得最小平方逼近多项式。 §4正交多项式 若首项系数 的n次多项式 ,满足 就称多项式序列 ,在[a,b]上带 权 正交,并称 是 [a,b]上带权的n次 正交多项式。 构造正交多项式的格拉姆-施密特(Gram-Schmidt) 方法 定理:按以下方式定义的多项式集合 是区 间[a,b]上关于权函数 的正交函数族。 例:求 在[0,1]上的二次最佳平 方逼近多项式。 解: 构造正交多项式 4-1勒让德多项式 当区间为[-1,1],权函数 时,由 正交化得到的多项式就称为勒让 德(Legendre)多项式,并用 表示。 是n次多项式,对其n次求导后得 首项 的系数 显然最高项系数为1的勒让德多项式为 勒让德(Legendre)多项式具体表达式为 性质1 正交性 证明:反复用分部积分公式,略。 性质2 奇偶性 n为偶数时 为偶函数,n为奇数时 为奇函数。 性质3 递推关系 证明略。 性质4 在所有最高项系数为1 的n次多项式中,勒让德多项式 在[-1,1]上与零的平方误差最小。 性质5 在区间[-1,1]内有n个不同的实零点。 4-2第一类切比雪夫(Chebyshev)多项式 当区间为[-1,1],权函数 时, 由序列 正交化得到的正交多项式 就是第一类切比雪夫(Chebyshev)多项式。它 可表示为 若令
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