Постановка задачи интерполирования
Приближение функций
Для некоторой функции
на отрезке
определена таблица ее значений в конечном числе точек этого отрезка
, где
,
,
,
. Такой способ задания функций называется табличным. Например, таблицы Брадиса.
Интерполяция заключается в нахождении по таблице значений функции
ее приближенного аналитического выражения
, приближающего функцию
на отрезке
, причем
. Это позволяет получить приближенное значение функции
в любой точке отрезка
, а не только в точках таблицы.
Приближение одной функции другой
Аналитическое выражение для функции
известно и является слишком сложным, а функция должна подвергаться различным математическим операциям. Если функция
хорошо приближается многочленами, то также используется интерполяция.
Планирование эксперимента
При минимальном количестве измерений определить наилучшее приближение функции
. Возможно, также получение значений функции
из экспериментальных данных, так что получение других промежуточных значений может оказаться затруднительным или невозможным, а аналитическое выражении функции
неизвестным.
Если интерполяционная функция – многочлен, то задача интерполяции может быть сформулирована следующим образом. Для данных значений
найти многочлен
степени
, удовлетворяющий условиям
,
|
((1) |
где точки
- узлы интерполяции, а многочлен
степени
- интерполяционный многочлен.
1. Непрерывная на отрезке функция может быть как угодно хорошо приближена на этом отрезке многочленом (которых существует бесконечно много).
2. Для заданных на плоскости
точек с различными абсциссами существует единственный полином степени не выше
, который проходит через все эти точки.
Гладкая функция порядка
– функция, имеющая на множестве задания производные порядка
, причем
-ая производная непрерывна.
Гладкая линия
– линия, если функции ее параметрического задания непрерывно дифференцируемы на заданном промежутке и в любой его точке одновременно не обращаются в 0.
Кусочно-гладкая линия
– линия, которую можно разбить на конечное число гладких линий.
Геометрически задача отыскания функции
по заданным ее частным значениям означает построение кривой, проходящей через точки плоскости с координатами
. Через заданные точки можно провести бесчисленное множество различных кривых, поэтому вводятся дополнительные ограничения, чтобы задача приобрела более определенный характер.