background image

Instytut Automatyki Politechniki Łódzkiej - Metody Numerycznew Inżynierii wykład 4 

 

 

W4 - 1

Liniowe zadanie aproksymacji średniokwadratowej 

 
 
 
 

funkcja przybliżana 

)

x

(

f

,  

siatka węzłów 

)

x

(

f

f

,

m

,...,

i

,

x

i

i

i

=

0

 

dane:   punkty węzłowe 

m

,...,

i

)

f

,

x

(

i

i

0

=

 

  współczynniki wagowe 

m

,...,

i

w

i

0

0

=

>

 

  funkcje 

bazowe 

n

,...,

i

)

x

(

i

0

=

ϕ

 

funkcja aproksymująca 

=

=

n

i

i

i

*

)

x

(

c

)

x

(

f

0

ϕ

 

szukane stałe 

i

c

 takie by 

min

w

)

f

)

x

(

f

(

i

i

i

*

m

i

=

2

0

 

background image

Instytut Automatyki Politechniki Łódzkiej - Metody Numerycznew Inżynierii wykład 4 

 

 

W4 - 2

Notacja:  

 

dla dowolnych funkcji 

),

(

g

),

(

f

 przy danej siatce 

węzłów i wsp. wagowych 

i

i

m

i

i

w

)

x

(

g

)

x

(

f

:

g

,

f

=

=

0

 

Jeżeli 

0

=

g

,

f

 to funkcje 

),

(

g

),

(

f

 nazywamy 

ortogonalnymi. 
 
Jeżeli 

0

=

j

i

f

,

f

 dla 

j

i

 i 

0

i

i

f

,

f

 to funkcje 

,...

,

i

),

(

f

i

2

1

=

 układem (rodziną) funkcji 

ortogonalnych. 

background image

Instytut Automatyki Politechniki Łódzkiej - Metody Numerycznew Inżynierii wykład 4 

 

 

W4 - 3

Twierdzenie 

 

Jeżeli funkcje bazowe są liniowo niezależne to liniowe 
zadanie aproksymacji średniokwadratowej ma jedyne 
rozwiązanie. Rozwiązanie to spełnia układ równań 
normalnych; 

=

n

n

n

n

n

n

n

n

f

f

f

c

c

c

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

0

"

#

"

"

"

"

"

"

"

 

 
Jeżeli funkcje bazowe są rodziną funkcji ortogonalnych to 
rozwiązanie upraszcza się do: 

n

,...,

i

,

,

,

f

c

i

i

i

i

0

=

=

ϕ

ϕ

ϕ

 

background image

Instytut Automatyki Politechniki Łódzkiej - Metody Numerycznew Inżynierii wykład 4 

 

 

W4 - 4

Przykład 
 

n

,...,

i

,

x

)

x

(

i

i

0

=

=

ϕ

 

1

1

0

1

0

=

=

=

m

x

,

...

,

m

x

,

x

m=10 

m

,...,

i

,

w

i

0

1

=

=

 

 

el. max. mac. odwr.

1 0.9 
2 12.5 
3 375 
4 9 

874 

5 252 

828 

8 771 904 

7 3.9133e+008 

el. max. mac. odwr.

8 1.9908e+010 
9 1.4199e+012 
10 2.4218e+014 

 
 
 

background image

Instytut Automatyki Politechniki Łódzkiej - Metody Numerycznew Inżynierii wykład 4 

 

 

W4 - 5

Wielomiany Czebyszewa 

 

,...

,

n

,

x

)

x

cos

arc

n

cos(

)

x

(

T

n

1

0

1

1

=

=

 
 

,...

,

n

)

x

(

T

)

x

(

xT

)

x

(

T

,

x

)

x

(

T

)

x

(

T

n

n

n

2

1

2

1

1

1

1

0

=

=

=

=

+

 
 
Współczynnik wiodący wielomianu 

)

x

(

T

n

 jest równy 

2

n-1

 dla n=1,2,. 

)

x

(

T

)

(

)

x

(

T

n

n

n

1

=

 

 
Wielomian 

)

x

(

T

1

+

 ma n+1 zer 

,....

,

n

,

n

,...,

,

k

,

)

n

(

)

k

(

cos

x

k

1

0

1

0

1

2

1

2

=

=

+

+

=

π

 

 

background image

Instytut Automatyki Politechniki Łódzkiej - Metody Numerycznew Inżynierii wykład 4 

 

 

W4 - 6

 

Układ wielomianów 

)

x

(

T

),...,

x

(

T

),

x

(

T

n

1

0

 jest 

ortogonalny względem wag 

1

=

i

w

 i węzłów 

i

x

, które są 

zerami wielomianu 

)

x

(

T

1

+

 

=

=

+

=

+

=

0

1

0

2

1

0

j

i

dla

n

j

i

dla

n

j

i

dla

T

,

T

j

i

 

 

background image

Instytut Automatyki Politechniki Łódzkiej - Metody Numerycznew Inżynierii wykład 4 

 

 

W4 - 7

-1

-0.5

0

0.5

-1

0

1

T4

(x

)

-1

-0.5

0

0.5

-1

0

1

T

10(

x)

-1

-0.5

0

0.5

-1

0

1

-1

-0.5

0

0.5

-1

0

1

T3

0

(x

)

-1

-0.5

0

0.5

-1

0

1

T6

0

(x

)

 

background image

Instytut Automatyki Politechniki Łódzkiej - Metody Numerycznew Inżynierii wykład 4 

 

 

W4 - 8

Zadanie wielomianowej aproksymacji jednostajnej 

 
funkcja przybliżana 

)

x

(

f

,  

siatka węzłów 

)

x

(

f

f

,

m

,...,

i

,

x

i

i

i

=

0

 

dane:   punkty węzłowe 

m

,...,

i

)

f

,

x

(

i

i

0

=

 

 

 

 

funkcja aproksymująca 

=

=

n

i

i

i

*

x

a

)

x

(

f

0

 ma być 

wielomianem stopnia co najwyżej n 
szukane stałe 

i

a

 takie by 

min

f

)

x

(

f

max

i

i

*

i

 

Tw. Weierstrassa 

 

Jeżeli funkcja f(x) jest ciągła w skończonym przedziale 

[ ]

b

,

a

, to dla każdego 

0

>

ε

 istnieje wielomian 

)

x

(

P

n

 

stopnia n, taki że dla każdego 

[ ]

b

,

a

x

,  

ε

<

)

x

(

P

)

x

(

f

n