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三次拉格朗日多項式插值法公式

圖文 更新时间:2024-08-08 20:11:28

拉格朗日插值法的想法非常簡單,比如

三次拉格朗日多項式插值法公式(簡單理解拉格朗日插值法)1

圖1

圖1中的每個點我們都知道它們的橫坐标和縱坐标(x0,y0),(x1,y1),(x2,y2),等等。現在的問題是,如何用一條曲線全部把它們連接在一起呢?

三次拉格朗日多項式插值法公式(簡單理解拉格朗日插值法)2

圖2

圖2表示把這些點連起來的效果。但P(x)的表達式是要我們求出來的,為此,考慮用多項式對P(x)進行近似:

三次拉格朗日多項式插值法公式(簡單理解拉格朗日插值法)3

那麼,當隻需要把兩個點連起來的時候,很容易得出這條直線方程:

三次拉格朗日多項式插值法公式(簡單理解拉格朗日插值法)4

圖3

其中L0(x)把x0代入的時候分子分母相同,也就是等于1,L1(x)把x1代入時分子分母相同。

當需要把三個點連起來的時候,那就要把(x0,y0),(x1,y1),(x2,y2)這三個點的坐标代入如下方程組:

三次拉格朗日多項式插值法公式(簡單理解拉格朗日插值法)5

圖4

得到:

三次拉格朗日多項式插值法公式(簡單理解拉格朗日插值法)6

圖5

對比圖3和圖5中L(x)的結構,會發現它們之間可能存在某種規律,如果繼續把4個點,5個點的坐标代入圖3的方程組,可以得出L(x)的表達式為:

三次拉格朗日多項式插值法公式(簡單理解拉格朗日插值法)7

圖6

這個表達式的特點是:分子裡面沒有xi,而分母裡面每一個乘積項都有xi。

進一步分析,P(x)可以寫成如下形式:

三次拉格朗日多項式插值法公式(簡單理解拉格朗日插值法)8

圖7

圖7的特點是,當x=xi 的時候,P(x)=yi,也就是保證每一個離散的點都在曲線P(x)上面,而要保證這一點,隻要當x=xi 的時候,Li(x)=1,其它的L(x)等于0就行了,即:

三次拉格朗日多項式插值法公式(簡單理解拉格朗日插值法)9

圖6的多項式正好符合這個要求。

特别要注意的是,當xj=x0和xj=x1的情況,這個時候分子分母都隻有一個乘積項,也就是圖3的情形。

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