数值分析第五版习题总结(2)
xi xi 1xi 1 xi
11
(x x)i
1 xi21 xi 12
(xi 1 x)
各节点间中点处的Ih(x)与f(x)的值为 当x 4.5时,f(x) 0.0471,Ih(x) 0.0486 当x 3.5时,f(x) 0.0755,Ih(x) 0.0794 当x 2.5时,f(x) 0.1379,Ih(x) 0.1500 当x 1.5时,f(x) 0.3077,Ih(x) 0.3500 当x 0.5时,f(x) 0.8000,Ih(x) 0.7500 误差
h2
maxf(x) Ih(x) maxf ( ) xi x xi 18 5 x 51
2
1 x 2x
f (x) ,22
(1 x)
又 f(x)
6x2 2
f (x)
(1 x2)324x 24x3
f (x)
(1 x2)4
令f (x) 0
得f (x)的驻点为x1,2 1和x3 0
1
f (x1,2) ,f (x3) 2
2
1
maxf(x) Ih(x) 5 x 54
19.求f(x) x4在[a,b]上分段埃尔米特插值,并估计误差。 解:
在[a,b]区间上,x0 a,xn b,hi xi 1 xi,i 0,1, ,n 1, 令h maxhi
0 i n 1
f(x) x4,f (x) 4x3
函数f(x)在区间[xi,xi 1]上的分段埃尔米特插值函数为
Ih(x) ( (
x xi 12x xi
)(1 2)f(xi)xi xi 1xi 1 xi
x xi2x xi 1)(1 2)f(xi 1)xi 1 xixi xi 1
x xi 12 ()(x xi)f (xi)xi xi 1 (
x xi2
)(x xi 1)f (xi 1)xi 1 xi
xi4
3(x xi 1)2(hi 2x 2xi)hixi 14
3(x xi)2(hi 2x 2xi 1)hi
4xi
(x xi 1)2(x xi)2hi
3
4xi 13
2(x xi)2(x xi 1)hi
误差为
f(x) Ih(x)
1(4)
f( )(x xi)2(x xi 1)2 4!1h maxf(4)( )(i)424a x b2
又 f(x) x4
f(4)(x) 4! 24
hi4h4
maxf(x) Ih(x) max a x b0 i n 11616
试求三次样条插值,并满足条件:
(1)S (0.25) 1.0000,S (0.53) 0.6868;
(2)S (0.25) S (0.53) 0.
解:
h0 x1 x0 0.05h1 x2 x1 0.09h2 x3 x2 0.06h3 x4 x3 0.08 j 1
hj 1hj 1 hj
, j
hjhj 1 hj
533
, 2 , 3 , 4 11457
1
924
, 2 , 3 , 0 11457
f(x1) f(x0)
f x0,x1 0.9540
x1 x0f x1,x2 0.8533f x2,x3 0.7717f x3,x4 0.7150
(1)S (x0) 1.0000,S (x4) 0.6868d0
6
(f x1,x2 f0 ) 5.5200h0
f x1,x2 f x0,x1
4.3157
h0 h1
d1 6
f x2,x3 f x1,x2
d2 6 3.2640
h1 h2
f x3,x4 f x2,x3 d3 6 2.4300
h2 h3d4
6
(f4 f x3,x4 ) 2.1150h3
由此得矩阵形式的方程组为
2 1 M0 5.5200
59 2 M1 4.3157 1414
32
2 M2 3.2640
55
34
2 M3 2.4300
77
1 2 M4 2.1150
求解此方程组得
M0 2.0278,M1 1.4643
M2 1.0313,M3 0.8070,M4 0.6539
三次样条表达式为 S(x) Mj (yj
(xj 1 x)3
6hj
2
Mj 1
(x xj)3
6hjMj 1hj
6
2
Mjhj
6
)
xj 1 xhj
(yj 1
)
x xjhj
(j 0,1, ,n 1)
将M0,M1,M2,M3,M4代入得
6.7593(0.30 x)3 4.8810(x 0.25)3 10.0169(0.30 x) 10.9662(x 0.25)
x 0.25,0.30
2.7117(0.39 x)3 1.9098(x 0.30)3 6.1075(0.39 x) 6.9544(x 0.30) x 0.30,0.39 S(x) 33
2.8647(0.45 x) 2.2422(x 0.39) 10.4186(0.45 x) 10.9662(x 0.39) x 0.39,0.45
1.6817(0.53 x)3 1.3623(x 0.45)3 8.3958(0.53 x) 9.1087(x 0.45) x 0.45,0.53
(2)S (x0) 0,S (x4) 0
d0 2f0 0,d1 4.3157,d2 3.2640
d 2.4300,d
34 2f4 0
0 4 0
由此得矩阵开工的方程组为
M0 M4 0 290
14
32 2 M1 4.3157
55 M
2 3.2640 M3 2.4300
0372
求解此方程组,得
M0 0,M1 1.8809
M2 0.8616,M3 1.0304,M4 0
又 三次样条表达式为
S(x) M(xj 1 x)3
(x xj)3
j6h Mj 1
j
6hjM2
(yM2
jhj
j 1 xj 1hj
j
6
)
xh (yj 1
6
)
x x
jj
hj
将M0,M1,M2,M3,M4代入得
6.2697(x 0.25)3 10(0.3 x) 10.9697(x 0.25)
x 0.25,0.30
3.4831(0.39 x)3 1.5956(x 0.3)3 6.1138(0.39 x) 6.9518(x 0.30) x 0.30,0.39 S(x) 33
2.3933(0.45 x) 2.8622(x 0.39) 10.4186(0.45 x) 11.1903(x 0.39) x 0.39,0.45
2.1467(0.53 x)3 8.3987(0.53 x) 9.1(x 0.45) x 0.45,0.53
第三章 函数逼近与曲线拟合
2.当f(x) x时,求证Bn(f,x) x 证明:
若f(x) x,则
k
Bn(f,x) f()Pk(x)
nk 0
k n
xk(1 x)n kk 0n k n
kn(n 1) (n k 1)k
x(1 x)n k
k!k 0n
n
(n 1) [(n 1) (k 1) 1]k
x(1 x)n k
(k 1)!k 1
n
n
n 1 kn k
x(1 x)k 1 k 1 n
n 1 k 1(n 1) (k 1)
x x(1 x)k 1 k 1
n
x[x (1 x)]n 1 x
4。计算下列函数f(x)关于C[0,1]的f
,f1与f2:
(1)f(x) (x 1)3,x [0,1](2)f(x) x
1,2
(3)f(x) xm(1 x)n,m与n为正整数,
(4)f(x) (x 1)10e x
解:
(1)若f(x) (x 1)3,x [0,1],则
f (x) 3(x 1)2 0
f(x) (x 1)3在(0,1)内单调递增
f
maxf(x)
0 x 1
max f(0),f(1) max 0,1
1f
maxf(x)
0 x 1
max f(0),f(1) max 0,1
1
f
2
( (1 x)dx)
1
6
12
1
172 [(1 x)]
07
1
,x 0,1 ,则
212
(2)若f(x) x
ff
maxf(x)
0 x 110
f(x)dx1
1
1 2
1(x )dx
22
1 4
f
21
( f(x)dx)
1
2
12
121
[ (x )dx]2
02
(3)若f(x) xm(1 x)n,m与n为正整数
当x 0,1 时,f(x) 0
f (x) mxm 1(1 x)n xmn(1 x)n 1( 1)
n mm 1n 1
x(1 x)m(1 x)
mm
)时,f (x) 0 n m
m
)内单调递减 f(x)在(0,
n mm
,1)时,f (x) 0 当x (
n m
m
,1)内单调递减。
f(x)在(
n m
当x (0,
x (
m
,1)f (x) 0n m
f maxf(x)
0 x 1
m
max f(0),f()
n m
mm
nn
(m n)m n
f
f(x)dx1
010
1
xm(1 x)ndx
2(sin2t)m(1 sin2t)ndsin2t
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