样条理论作业.docx

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样条理论作业

一、给定函数的一组值0.31.53.05.17.68.810.02.53.84.32.41.23.51.47以及. (1) 写出在区间[0.3, 10.0]上的三次插值样条函数的分段表达式. (2) 画出及的图形.解:由于在上为三次多项式,故其二阶导数在是一次多项式,记区间长度,则可表示为 (1)然后对进行两次积分, (2)利用给定的插值条件可求得三次插值样条表达形式为 (3)其中,再对求导可得又由三次样条插值函数满足从而可以推出 (4)其中这就是要求解关于的线性方程组,要唯一确定这7个未知数,还需要增加两个条件,此时就要考虑边界条件的作用。代入(1)式可得 (5)结合式(4)与式(5)组成一个具有唯一解的线性方程组,利用MATLAB进行编程可以求得各个M的值为到三次插值样条函数的分段表达式为利用MATLAB画图可以得到及的图形如下 插值函数的图像 插值函数的一阶导数图像插值函数的二阶导数图像二、给定节点,写出4阶非均匀B-样条基函数的表达式,并在同一图上画出它们的图形.解 由4阶非均匀B-样条基函数定义可知, 将题目所给节点,代入上式,可得用Matlab画图可得分段样条函数的图形,如下图所示,四次非均匀B样条基函数 (1)在区间[0,1]上写出5次Said-Ball多项式的对偶基;(2) 将5次(6阶)均匀B样条在[0,1]的平移函数用Said-Ball多项式表示,并写成矩阵形式.解:(1)设,由,得到对于,.于是得到,.所以,同理可得:由均匀B样条的评议函数的定义可知,5次均匀B样条的平移函数如下所示,其中根据(1)所求的Said-Ball对偶基,以及Matlab编程可求得其中附录第一题:建立一个求的函数如下:function M = cubic_spline(X,Y,dY) %三次样条插值函数N = size(X,2);%型值点个数s0 = dY(1); sN = dY(2);%第二类边界条件h = zeros(1,N-1);for i = 1:N-1 h(1,i) = X(i+1)-X(i); %计算区间长度endmu = zeros(1,N-2);namt = zeros(1,N-2);for i = 2:N-1 t = h(1,i-1)/(h(1,i-1)+h(1,i)); mu(1,i-1)=t;endnamt = 1-mu;d = zeros(1,N);d(1,1) = s0;d(1,N) = sN;for i = 2:1:N-1 d(1,i) = 6*((Y(1,i+1)-Y(1,i))/h(1,i)-(Y(1,i)-Y(1,i-1))/h(1,i-1))/(h(1,i)+h(1,i-1));endA = zeros(N,N);A(1,1) = 1;A(N,N) = 1;for i = 2:N-1 A(i,i) = 2; A(i,i-1) = mu(1,i-1); A(i,i+1) = namt(1,i-1);endM = zeros(N,1);M = linsolve(A,d);M = M;调用上述函数,画所需曲线相应的图像:syms xX = [0.3 1.5 3.0 5.1 7.6 8.8 10.0];Y = [2.5 3.8 4.3 2.4 1.2 3.5 1.47];% plot(X,Y,rs); %画出型值点hold ondY = [1.0 -1.8];N = size(X,2);h = zeros(1,N-1);for i = 1:N-1 h(i) = X(i+1)-X(i);end M = cubic_spline(X,Y,dY); %函数调用i= 6; %i的取值不同,求出相应段的插值函数s=M(i)*(1/(6*h(i)))*(X(i+1)-x)^3+M(i+1)*(1/(6*h(i)))*(x-X(i))^3+(Y(i)-M(i)*1/6*h(i)^2)*(X(i+1)-x)/h(i)+(Y(i+1)-M(i+1)*1/6*h(i)^2)*(x-X(i))/h(i);% format long s = simple(s); for i = 1:1:6 %画插值函数图像for x = X(1,i):0.001:X(1,i+1)s=M(i)*(1/(6*h(i)))*(X(i+1)-x)^3+M(i+1)*(1/(6*h(i)))*(x-X(i))^3+(Y(i)-M(i)*1/6*h(i)^2)*(X(i+1)-x)/h(i)+(Y(i+1)-M(i+1)*1/6*h(i)^2)*(x-X(i))/h(i); plot(x,s,k-); hold onendendaxis([0.2 10.2 0.5 4.5]);for i=1:1:6 %画插值

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