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吉林大学数值计算方法 三次样条插值
(2) 仍用方程组进行求解,不过要注意 的不同。由于 和 已知,故可以化简得 由此解得 。 将 代入三次样条插值函数的表达式(2.50),经化简有 例2.15 已知的函数值如下: x 1 2 4 5 f (x) 1 3 4 2 在区间?1,5?上求三次样条插值函数S(x),使它满足边界条件 解:这是在第二种边界条件下的插值问题,故确定 的方程组形如(2.60)所示, 由已知边界条件,有 则得求解 的方程组为 根据给定数据和边界条件算出 与 则得方程组 解得 又 即得S(x)在各子区间上的表达式 ,由式(2.51)知,S(x)在 上的表达式为 代入式(2.50) 将 代入上式化简后得 同理S(x)在 上的表达式为 S(x)在 上的表达式为 故所求的三次样条插值函数S(x)在区间 上的表达式为 下面构造一阶导数值 表示的三次样条插值函数。 在力学上解释为细梁在 截面处的转角,并且得到的转角与相邻两个转角有关,故称用 表示 的算法为三转角算法。 2.3.3 三转角算法 根据Hermite插值函数的唯一性和表达式 可设 S(x)在区间[xi , xi+1](i=0,1,…n-1)的表达式为 对S(x)求二次导数得 于是有 同理,考虑S(x)在[xi-1 , xi]上的表达式,可以得到 利用条件 ,得 (2.62) 其中, 由(2.56)所示,而 (2.63) 方程组(2.63)是关于 的方程组,有 个未知数,但只有 个方程.可由(2.44)—(2.46)的任一种边界条件补充两个方程。 由此可解得m1,m2,…, mn-1 ,从而得 S(x)的表达式. (2.64) ①对于边界条件(2.45), 两个方程 则m1,m2,…, mn-1满足方程组 ①对于边界条件(2.44),可导出两个方程: (2.65) 若令 则(2.62)和(2.65)可合并成矩阵形式 (2.66) 可解出 从而得 S(x)的表达式. 由(2.62)和(2.67)可解出 ,方程组的矩阵形式为 ③对于边界条件(2.46),可得 (2.67) 其中 (2.68) 在实际应用中,如果不需要规定内节点处的一阶导数值,那么使用三次样条插值函数会得到很好的效果。三次样条插值函数 不仅在内节点处的二阶导数是连续的,而且 逼近 具有很好的收敛性,也是数值稳定的。由于误差估计与收敛性定理的证明比较复杂,下面只给出误差估计的结论。 2. 3. 4 三次样条插值函数的误差估计 值函数 ,则有估计式 定理2.9 设函数 记 则对任意 满足边界条件(2.44)或(2.45)的三次样条插 (2.69) 其中 误差估计式(2.69)除可以用于误差估计外,它进一步表明,当 时,在插值区间 上,对于满足边界条件(2.44)或(2..45)的插值函数 ,不仅 一致收敛于 ,而且 一致收敛于 , 一致收敛于 。 第二章 插值与拟合 总 结 三次样条插值函数的误差估计 三转角算法 三弯矩算法 三次样条插值函数的概念 三次样条插值 三次样条插值 学习目标: 知道三次样条插值函数的概念,会求三次样条插值函数,进行误差分析。 高次插值出现龙格现象 L-插值(牛顿插值) Hermite插值 分段插值 但分段线性插值在节点处不一定光滑 分段Herm
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