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LAB多项式插值计算及其收敛性实验
Lab02.angrage插值法和Newton插值法以两者之间的异同,能用Matlab语言编写按Langrage插值法和Newton插值法计算插值的程序;
2.用所编写的程序进行插值计算、验证Runge现象、分析插值多项式的收敛性;
3.使学生深入理解教材介绍的两种分段低次插值法,熟悉掌握函数interp1的使用;
4.使用函数interp1用不同方法进行插值计算,对教材介绍的几种分段低次插值法进行分析比较。
【实验内容】
1.根据Matlab语言特点,描述Langrage插值法和Newton插值法。
2.用Matlab语言编写按Langrage插值法和Newton插值法计算插值的程序。
3.对,分别取3个,5个、9个、11个等距节点,用所编写的程序进行插值计算并画图,以验证Runge现象、分析插值多项式的收敛性。
4.用函数interp1,对,用n=11个节点(等分)作分段线性插值、分段Hermit插值和三次样条插值,用m=101个插值点(等分)作图,比较结果。
【实验仪器与软件】
1.CPU主频在1GHz以上,内存在128Mb以上的PC;
2.Matlab 6.0及以上版本。
实验讲评:
实验成绩:
评阅教师:
200 年 月 日
Lab02.在n个节点上满足条件
就盛这n个n-1次多项式为节点上的插值基函数。
2.插值基函数为
显然它满足条件(1)。于是,满足条件(1)的插值多项式可表示为
就称为拉格朗日Lagrange插值多项式。
二、算法程
function y=lagrange(x0,y0,x)
n=length(x0);
m=length(x);
for i=1:m
z=x(i);
s=0.0;
for k=1:n
p=1.0;
for j=1:n
if j~=k
p=p*(z-x0(j))/(x0(k)-x0(j));
end
end
s=p*y0(k)+s;
end
y(i)=s;
end
将该文件存入MATLAB安装目录下的Work文件夹中。
三、插值计算
对
1.取3个等距节点进行插值计算
x0=linspace(-5,5,3);
y0=1./(1+x0.^2);
x=-5:0.1:5;
y=1./(1+x.^2);
y1=lagrange(x0,y0,x);
plot(x,y,r,x,y1,b);
从图上看,插值误差是比较大的。
2.取五个等距节点进行插值计算
x0=linspace(-5,5,5);
y0=1./(1+x0.^2);
x=-5:0.1:5;
y=1./(1+x.^2);
y1=lagrange(x0,y0,x);
plot(x,y,r,x,y1,b);
从图上看,在区间[-3,3]上,插值的误差比只取3个节点时的误差小。
3.取9个等距节点进行插值计算
x0=linspace(-5,5,9);
y0=1./(1+x0.^2);
x=-5:0.1:5;
y=1./(1+x.^2);
y1=lagrange(x0,y0,x);
plot(x,y,r,x,y1,b);
从图上看,在区间[-1,1]上,插值的误差比较小,在两端出现明显的振荡现象。
4.取11个等距节点进行插值计算
x0=linspace(-5,5,11);
y0=1./(1+x0.^2);
x=-5:0.1:5;
y=1./(1+x.^2);
y1=lagrange(x0,y0,x);
plot(x,y,r,x,y1,b);
从图上看,在区间[-3,3]上,插值的误差比较小,在两端的振荡更为明显,称之为Runge现象。
四、算法分析
拉格朗日插值法公式结构紧凑,插值曲线光滑,误差估计有表达式,有利用于进行理论分析。在实验中,我们逐步增加节点进行插值计算实验,开始时认为节点越多越逼近,但事实并非如此,实验证明,在区间[-5,5]上不一定收敛于,并且当节点增加时,需重新计算全部插值基函数的值,振荡更加明显。
五、总结
在这次实验中,我们验证了Runge现象,同时也直观证明了langrage插值多项式并不一定收敛于原函数,用langrage插值法进行插值计算时,并非节点取得越多越好,实际上不宜取太多。langrage插值法中Runge现象,不收敛性等缺陷将促使人们去寻找更有效计算方法。
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