最佳逼近廣義多項式

最佳逼近廣義多項式

最佳逼近廣義多項式(generalized polynomials of best approximation)是指達到最佳逼近的廣義多項式,Haar提出了最佳逼近廣義多項式的惟一性定理。

基本介紹

最佳一致逼近問題

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在次數不超過n的多項式集合 中求 ,使它與 的誤差

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這就是 最佳一致逼近問題

最佳一致逼近多項式

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給定 ,若存在 ,使

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則稱 是 在[a,b]上的 最佳一致逼近(minimaxapproximation)多項式, 稱為 最佳偏差(minimax error),它等於最小偏差值 。

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理論上已證明,對任何 ,都存在惟一的 ,使式(1)成立,實際上在集合 中每一元素, 都對應一個偏差 ,由於 ,故集合 有下界,從而有下確界 。如果存在 使 就是所要求的最佳一致逼近多項式。切比雪夫(Chebyshev)對最佳一致逼近多項式的特性,給出了下面的重要定理。

切比雪夫定理

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設 是 在[a,b]上的最佳一致逼近多項式的充分必要條件是, 在[a,b]上至少有 個點

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使

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這個定理表明,最佳一致逼近多項式 的特性,即 逼近 的誤差分布是均勻的,如圖1所示。

圖1 圖1

最佳(一致)逼近廣義多項式

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若在空間 中取子集 ,若存在 使

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則稱 為 的 最佳(一致)逼近廣義多項式,對於代數多項式集合 的元素 ,在[a,b]上最多只能有n個不同的零點,根據切比雪夫定理知最佳一致逼近多項式 有n+2個輪流為“+”、“-”的偏差點,對廣義多項式 也要求在[a,b]上至多具有n個不同的零點,因此要對廣義多項式引進更廣泛的哈爾(Haar)條件 。

哈爾條件

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函式 線性無關,若子集 中任一不恆為零的廣義多項式,即

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在區間[a,b]上至多具有n個不同的零點,則稱函式 在[a,b]上滿足哈爾條件,也可稱子集 滿足哈爾條件。

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顯然,子集 是滿足哈爾條件的。

充要條件

有了上述哈爾條件的定義,就可類似定理切比雪夫定理得到下面定理。

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定理若子集 滿足Haar條件則對任意給定的函式 ,使廣義多項式

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成為函式 在空間C[a,b]上的 最佳(一致)逼近廣義多項式的充分必要條件是 在[a,b]上至少存在n+2個輪流為“+”、“一”的偏差點,即

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利用以上定理還可證明當子集 滿足Haar條件時,則對任給的函式 的最佳逼近廣義多項式是惟一的。

唯一性定理

Haar還提出了下面的最佳逼近廣義多項式的惟一性定理。

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定理 對任何函式 ,子集 中存在惟一的最佳逼近廣義多項式的充分必要條件是子集 滿足Haar條件 。

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