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第一章习题的答案修改稿
习 题 一
已知,求的插值多项式。
解:由题意知:
取节点对建立型二次插值函数,并估计差。
解
已知函数在处的函数值,试通过一个二次插值函数求的近似值,并估计其误差。
解:
采用Lagrange插值多项式
其误差为
(2)采用Newton插值多项式
根据题意作差商表:
一阶差商 二阶差商 0 4 2 1 6.25 2.5 2 9 3
设,试列出关于互异节点的插值多项式。
注意到:若个节点互异,则对任意次数的多项式,它关于节点满足条件的插值多项式就是它本身。可见,当时幂函数关于个节点的插值多项式就是它本身,故依公式有
特别地,当时,有
而当时有
依据下列函数表分别建立次数不超过3的插值多项式和插值多项式,并验证插值多项式的唯一性。
0 1 2 4 1 9 23 3
解:
Lagrange 插值多项式
=
=
=
=
Newton 插值多项式
一阶差商 二阶差商 三阶差商 0 0 1 1 1 9 8 2 2 23 14 3 3 4 3 -10
由求解结果可知:
说明插值问题的解存在且唯一。
已知由数据构造出的插值多项式的最高次项系数是6,试确定。
解:=
=
=
=
中最高次项系数为:
设,试利用余项定理给出以为节点的插值多项式。
解:由Lagrange余项定理
可知:当时,
求作关于节点的插值多项式,并利用插值余项定理证明
式中为关于节点的插值基函数。
解:注意到关于节点的插值多项式为
其插值余项为
据此令即得。
附加题:设为关于节点的插值基函数,证明
证明:据题4可知,
令,则有。注意到
(证明见王能超数值简明教程145页题6)
令即有。
已知,求差商和。
解:根据差商与微商的关系,有
已知互异,求。其中。(此题有误。)(见王能超《教程》P149-题2)
解:因为,则
由差商性质可知,
设首项系数为1的n次式有n个互异的零点,证明
证明:按题设,有表达式
故原式左端
注意到上式右端等于关于节点的阶差商(见第10页2.1式)利用差商与导数的关系(见2.11式)得知
13.设节点与点互异,试对证明
并给出的插值多项式。
解 依差商的定义
,
一般地,设
则
故的插值多项式为
14.设是任意一个首项系数为1的n+1次多项式,试证明
其中。。
解:(1)由题意,可设,由Lagrange插值余项公式得
(2) 由(1)式可知,
15.给定数据表:
1 0 2 3
构造出函数的差商表,并写出它的三次插值多项式.
解:利用Newton插值公式:
先作出差商表
一阶差商 二阶差商 三阶差商 0 1 3 1 3/2 13/4 1/2 2 0 3 1/6 1/3 3 2 5/3 -2/3 -5/3 -2 故:
. 求作满足条件的插值多项式 。
解法1:根据三次Hermite插值多项式:
并依条件,得
解法2:由于,故可直接由书中(3.9)式,得
17.设充分光滑,,求证
证明:显然,满足条件的插值多项式
由于
故
求作满足条件的插值多项式,并估计其误差。
解法1:由已知条件
0 1 2 1 2 9 3 用基函数方法构造。令
其中,均为三次多项式,且满足条件
依条件可设,由 可得:
同理,
误差为:
解法2:用承袭性构造
由条件先构造一个二次多项式
作差商表:
一阶差商 二阶差商 0 0 1 1 1 2 1 2 2 9 7 3 于是有:
令所求插值多项式
利用剩下的一个插值条件,得
由此解出
故有
求作满足条件的插值多项式。并给出插值余项。
解:令
利用插值条件定出 :
注意到这里是三重零点,是单零点,故插值余项为
求作次数的多项式,使满足条件
并列出插值余项。
解法1:由于在处有直到一阶导数值的插值条件,所以它是“二重节点”;而在处有直到二阶导数值的插值条件所以是
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