第三章 課件

2023-01-26 22:30:03 字數 1945 閱讀 8861

● 一類特殊的最佳一致逼近

這時考慮空間對函式的最佳一致逼近問題

1. 問題的提出

問題1 求,使之滿足

其中,上述最佳逼近問題為與零偏差最小問題

注意不妨令首項係數,這時

記集合: 所有首項係數為1的次代數多項式的全體.

若將多項式集合限制為其子集合,則

問題1問題2 求,使之滿足

稱為關於函式的最佳一致逼近多項式,

稱為中,關於0的最佳一致逼近多項式。

非常重要,將來稱之為次chebyshev多項式。

2. 問題的適定性和收斂性

更一般的問題已經討論過。

3. 演算法

關鍵:構造

引入契比雪夫多項式

其中,為上的一一對映。

稱為次chebyshev多項式 .

考察chebyshev多項式的性質。

由,的遞推公式:

性質1由性質1,可得

性質2 是最高次數項係數為的次代數多項式,

且只含的偶次冪,只含的奇次冪.

性質3 在處交錯地取最大值1和最小值-1

其中,(因為)

在[-1,1]上有由個交錯點所構成的交錯點組

由chebyshev定理

是在[-1,1]的次最佳逼近多項式.

即定理6 在中, 對零的偏差最小.

由定理直接有

推論3 設,則

性質4 chebyshev多項式序列,在[-1,1]上

關於權函式正交,且有

權函式:

稱區間上的非負函式為權函式,若它滿足:

(1)對一切非負整數可積且有限;

(2)若對某個非負的連續函式,

則在上函式.

性質5 在[-1,1]上恰有個不同的實根:

進一步,可給出chebyshev多項式系和冪函式系的相互表示式(書pp.99)

,4. chebyshev多項式的應用

(1) 代數插值多項式餘項的極小化

對於在[-1,1]上關於節點的次插值多項式

,有餘項估計式:

其中,代數插值多項式餘項的極小化問題:

如何選取節點,使得

達到最小

因為所以上述極小化問題等價,求中與0的最佳一

致逼近多項式。可知

的零點與相同,即

並且,即:在中,找與零偏差最小的代數多項式.

由於在中, 對零的偏差最小

注1. 由上面估計式,當在[-1,1]上變化不大時, 可作為的近似最佳多項式.

注2. 如果插值區間是,不是[-1,1],經仿射變換,上述插值節點可取為:

.(2) 利用chebyshev多項式降低近似多項式項數

利用chebyshev多項式對taylor逼近進行改造,以提高計算效率和改善其整體逼近效果.

例:利用chebyshev多項式降低的taylor展式的項數,

要求絕對誤差不超過0.00005.

第一步,將在上taylor展開(取前13項),

(*)易知 (*1)

第二步,利用和的相互表示式降低taylor展式的項數

2)由(*1)和(*2),知

對以達到精度要求。

逼近多項式的次數降低了,節省了計算工作量.

再利用和的相互表示式

. (**)

比較:按taylor展式(*)截斷到這一項則有

. 約為(**)式的絕對誤差的33倍

兩種近似的誤差曲線如下圖所示

可見當在原點附近時,taylor逼近誤差非常小;

但越偏離原點,其誤差就越大.

而運用chebyshev多項式調整後,誤差分布均勻,

即在[-1,1]上,較一致地逼近,

所以可作為的近似最佳逼近多項式.

注上面討論是在[-1,1]上進行的

對一般區間,通過仿射變換,可轉化到[-1,1]上討論,

因而有完全平行的結果

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