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拉格朗日插值法(拉格朗日插值法的应用)

来源:www.homebrew.com.cn   时间:2022-12-29 00:09   点击:71  编辑:admin 手机版

1. 拉格朗日插值法的应用

在数值分析中,拉格朗日插值法是以法国十八世纪数学家约瑟夫·拉格朗日命名的一种多项式插值方法。

许多实际问题中都用函数来表示某种内在联系或规律,而不少函数都只能通过实验和观测来了解。如对实践中的某个物理量进行观测,在若干个不同的地方得到相应的观测值,拉格朗日插值法可以找到一个多项式,其恰好在各个观测的点取到观测到的值。

2. 拉格朗日插值法实验原理

拉格朗日插值公式

约瑟夫·拉格朗日发现的公式

拉格朗日插值公式线性插值也叫两点插值,已知函数y = f (x)在给定互异点x0, x1上的值为y0= f (x0),y1=f (x1)线性插值就是构造一个一次多项式P1(x) = ax + b使它满足条件P1 (x0) = y0 P1 (x1) = y1其几何解释就是一条直线,通过已知点A (x0, y0),B(x1, y1)。

3. 拉格朗日插值法应用在哪些方面

一、拉格朗日插值法

是以法国十八世纪数学家约瑟夫·路易斯·拉格朗日命名的一种多项式插值方法。许多实际问题中都用函数来表示某种内在联系或规律,而不少函数都只能通过实验和观测来了解。如对实践中的某个物理量进行观测,在若干个不同的地方得到相应的观测值,拉格朗日插值法可以找到一个多项式,其恰好在各个观测的点取到观测到的值。这样的多项式称为拉格朗日(插值)多项式。

二、Lagrange基本公式:

拉格朗日插值公式,设,y=f(x),且xi< x < xi+1,i=0,1,…,n-1,有:

Lagrange插值公式计算时,其x取值可以不等间隔。由于y=f(x)所描述的曲线通过所有取值点,因此,对有噪声的数据,此方法不可取。

一般来说,对于次数较高的插值多项式,在插值区间的中间,插值多项式能较好地逼近函数y=f(x),但在远离中间部分时,插值多项式与y=f(x)的差异就比较大,越靠近端点,其逼近效果就越差。

三、C++实现

#include <iostream>

#include <conio.h>

#include <malloc.h>

double lagrange(double *x,double *y,double xx,int n)/*拉格朗日插值算法*/

{

int i,j;

double *a,yy=0.0;/*a作为临时变量,记录拉格朗日插值多项式*/

a=(double *)malloc(n*sizeof(double));

for(i=0;i<=n-1;i++)

{

a[i]=y[i];

for(j=0;j<=n-1;j++)

if(j!=i) a[i]*=(xx-x[j])/(x[i]-x[j]);

yy+=a[i];

}

free(a);

return yy;

}

/

int main()

{

int i;

int n;

double x[20],y[20],xx,yy;

printf("Input n:");

scanf("%d",&n);

if(n>=20)

{

printf("Error!The value of n must in (0,20).");

getch();

return 1;

}

if(n<=0)

{

printf("Error! The value of n must in (0,20).");

getch();

return 1;

}

for(i=0;i<=n-1;i++)

{

printf("x[%d]:",i);

scanf("%lf",&x[i]);

}

printf("\n");

for(i=0;i<=n-1;i++)

{

printf("y[%d]:",i);

scanf("%lf",&y[i]);

}

printf("\n");

printf("Input?xx:");

scanf("%lf",&xx);

yy=lagrange(x,y,xx,n);

printf("x=%.13f,y=%.13f\n",xx,yy);

getch();

}

4. 拉格朗日插值方法

拉格朗日插值法与牛顿插值法都是二种常用的简便的插值法。但牛顿法插值法则更为简便,与拉格朗日插值多项式相比较,它不仅克服了“增加一个节点时整个计算工作必须重新开始”的缺点,而且可以节省乘、除法运算次数。

同时,在牛顿插值多项式中用到的差分与差商等概念,又与数值计算的其他方面有着密切的关系。所以!!

从运算的角度来说牛顿插值法精确度高从数学理论上来说的话,我倾向于拉格朗日大神!!

话说拉格朗日当初不搞天文,不搞物理,专弄数学,估计是数学历史上最伟大的数学家了,没有之一。

5. 拉格朗日插值法基本原理

拉格朗日乘数原理(即拉格朗日乘数法)由用来解决有约束极值的一种方法。

有约束极值:举例说明,函数 z=x^2+y^2 的极小值在x=y=0处取得,且其值为零。如果加上约束条件 x+y-1=0,那么在要求z的极小值的问题就叫做有约束极值问题。

上述问题可以通过消元来解决,例如消去x,则变成

z=(y-1)^2+y^2

则容易求解。

但如果约束条件是(x+1)^2+(y-1)^2-5=0,此时消元将会很繁,则须用拉格朗日乘数法,过程如下:

f=x^2+y^2+k*((y-1)^2+y^2)

f对x的偏导=0

f对y的偏导=0

f对k的偏导=0

解上述三个方程,即可得到可让z取到极小值的x,y值。

拉格朗日乘数原理在工程中有广泛的应用,以上只简单地举一例,更复杂的情况(多元函数,多限制条件)可参阅高等数学教材。

6. 利用拉格朗日插值法

构造函数4a+b+m(a^2+b^2+c^2-3)

对函数求偏导并令其等于0

4+2ma=0

1+2mb=0

2mc=0

同时a^2+b^2+c^2=3

所以

m=根号17/2根号3

a=-4根号3/根号17

b=-根号3/根号17

4a+b=-根号51

1、是求极值的,不是求最值的

2、如果要求最值,要把极值点的函数值和不可导点的函数值还有端点函数值进行比较

3、书上说是可能的极值点,这个没错,比如f(x)=x^3,在x=0点导数确实为0,但是不是极值点,所以是可能的极值点,到底是不是要带入原函数再看

7. 拉格朗日插值法的应用概述

罗尔中值定理能推出拉格朗日中值定理和柯西中值定理,反过来拉格朗日中值定理和柯西中值定理也可以推出罗尔中值定理。

泰勒中值定理是由柯西中值定理推出来的。泰勒中值定理在一阶导数情形就是拉格朗日中值定理。

罗比达法则是柯西中值定理在求极限时应用。

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