homechevron_rightУчебаchevron_rightМатематика

Интерполяционный многочлен Лагранжа (полином Лагранжа)

Этот онлайн калькулятор строит интерполяционный многочлен Лагранжа для заданного набора точек. Калькулятор также строит график, на который выводит как полином Лагранжа, так и базисные полиномы, интерполирует заданные точки и показывает пошаговое решение.

Этот калькулятор может пригодиться при решении задач на интерполяцию полиномом Лагранжа. В таких задачах обычно требуется интерполировать значение неизвестной функции, соответствующее некоторому значению x, использую формулу интерполяционного многочлена Лагранжа, полученную из известного набора точек со значениями неизвестной функции (x, f(x)).

Калькулятор ниже обладает следующими функциями:

  1. Он находит формулу полинома Лагранжа для заданного набора точек.
  2. Он отображает пошаговый вывод формулы.
  3. Он вычисляет значения интерполяционного многочлена Лагранжа для заданных точек (интерполирует функцию полиномом Лагранжа в заданных точках интерполяции)
  4. Он отображает набор точек, значения в точках интерполяции, полином Лагранжа и все базисные полиномы на графике.

Как пользоваться

Сначала вводите набор точек - одна точка на строку в форме x f(x), значения разделены пробелом. Если вы хотите получить интерполяцию, вводите значения точек интерполяции в следующее поле в виде значений x, разделенных пробелом.

По умолчанию, калькулятор отображает формулу многочлена и его значения в точках интерполяции. Если нужно пошаговое решение, включите опцию "Показать пошаговое решение". Также можно отключить отображение базисных полиномов.

Теория и формулы, как обычно, описаны под калькулятором.

PLANETCALC, Интерполяционный многочлен Лагранжа (полином Лагранжа)

Интерполяционный многочлен Лагранжа (полином Лагранжа)

Знаков после запятой: 2
Полином Лагранжа
 
Файл очень большой, при загрузке и создании может наблюдаться торможение браузера.
Файл очень большой, при загрузке и создании может наблюдаться торможение браузера.
Полином Лагранжа
Файл очень большой, при загрузке и создании может наблюдаться торможение браузера.

Интерполяционный многочлен Лагранжа

Предположим, что у нас есть набор значений, соответствующих неизвестной функции, при этом все x различны:

(x_{0},y_{0}),\ldots ,(x_{j},y_{j}),\ldots ,(x_{k},y_{k})

Сконструируем следующий многочлен (называемые многочленом Лагранжа):

L(x):=\sum _{j=0}^{k}y_{j}\ell _{j}(x)

где \ell _{j}(x) - базисный полином Лагранда

\ell _{j}(x):=\prod _{\begin{smallmatrix}0\leq m\leq k\\m\neq j\end{smallmatrix}}{\frac {x-x_{m}}{x_{j}-x_{m}}}={\frac {(x-x_{0})}{(x_{j}-x_{0})}}\cdots {\frac {(x-x_{j-1})}{(x_{j}-x_{j-1})}}{\frac {(x-x_{j+1})}{(x_{j}-x_{j+1})}}\cdots {\frac {(x-x_{k})}{(x_{j}-x_{k})}}

Если посмотреть на формулу базисного полинома для любого j, то видно что для всех точек i не равных j, значение этого полинома обращается в ноль, а в самой точке j значение этого полинома j равно единице. Таким образом,

y_{j}\ell _{j}(x_{j})=y_{j} \cdot 1=y_{j}

и

L(x_{j})=y_{j}+0+0+\dots +0=y_{j}

что означает, что полином Лагранжа точно интерполирует значение функции в заданных точках.

Стоит заметить, что формула интерполяционного многочлена Лагранжа подвержена воздействию так называемого феномена Рунге. Феномен Рунге связан к увеличением колебаний полинома на краях интервала при использовании полиномов высоких степеней на равноудаленных друг от друга точках. Таким образом, наличие большого количества точек далеко не всегда приводит к улучшению точности интерполяции.

Однако также стоит заметить, что в отличие от некоторых других формул интерполяции, формула Лагранжа не требует того, чтобы точки в наборе были равноудалены друг от друга. Это используется в некоторых способах борьбы с феноменом Рунге, например, при использовании в качестве точек интерполяции узлов Чебышева.

Ссылка скопирована в буфер обмена
Creative Commons Attribution/Share-Alike License 3.0 (Unported) PLANETCALC, Интерполяционный многочлен Лагранжа (полином Лагранжа)

Комментарии