牛頓插值公式

牛頓插值公式

當只知道函式在一些節點的位置卻不知道函式具體的表達式時,我們可以利用代數插值方法給出函式的近似形式。常用的插值公式有拉格朗日插值、牛頓差值、埃米爾特插值及樣條插值等等。 牛頓(Newton)插值公式是代數插值方法的一種形式。牛頓差值引入了差商的概念,使其在差值節點增加時便於計算。

牛頓插值公式(Newton interpolation formula)是代數插值方法的一種形式。牛頓差值引入了差商的概念,使其在差值節點增加時便於計算。

差商

牛頓插值公式 牛頓插值公式
牛頓插值公式 牛頓插值公式
牛頓插值公式 牛頓插值公式

設函式 ,已知其n+1個插值節點為 , ,我們定義:

牛頓插值公式 牛頓插值公式
牛頓插值公式 牛頓插值公式
牛頓插值公式 牛頓插值公式

在 的零階差商為 ;

牛頓插值公式 牛頓插值公式
牛頓插值公式 牛頓插值公式
牛頓插值公式 牛頓插值公式
牛頓插值公式 牛頓插值公式

在點 與 的一階差商為

牛頓插值公式 牛頓插值公式
牛頓插值公式 牛頓插值公式
牛頓插值公式 牛頓插值公式
牛頓插值公式 牛頓插值公式
牛頓插值公式 牛頓插值公式

在點 , , 的二階插商為

牛頓插值公式 牛頓插值公式
牛頓插值公式 牛頓插值公式

一般的, 在點 的k 階差商為

牛頓插值公式 牛頓插值公式
牛頓插值公式 牛頓插值公式
牛頓插值公式 牛頓插值公式

可將k階差商 表示為函式值 的組合:

牛頓插值公式 牛頓插值公式

公式推導

牛頓插值公式 牛頓插值公式

先寫出 的各階差商:

牛頓插值公式 牛頓插值公式

牛頓插值公式 牛頓插值公式

牛頓插值公式 牛頓插值公式
牛頓插值公式 牛頓插值公式

分別變形可得:

牛頓插值公式 牛頓插值公式

牛頓插值公式 牛頓插值公式

牛頓插值公式 牛頓插值公式
牛頓插值公式 牛頓插值公式

依次代入,可得牛頓差值公式:

牛頓插值公式 牛頓插值公式
牛頓插值公式 牛頓插值公式

可記為:

牛頓插值公式 牛頓插值公式
牛頓插值公式 牛頓插值公式

其中,為牛頓差值公式的餘項或截斷誤差,當n趨於無窮大時為零。

等間距差值公式

取節點間距為h,可導出等間距牛頓差值公式。(以向前差分為例)

牛頓插值公式 牛頓插值公式
牛頓插值公式 牛頓插值公式

的n 階向前差分公式為:

等間距牛頓差值公式:

牛頓插值公式 牛頓插值公式
牛頓插值公式 牛頓插值公式

實例

下圖為給定節點值利用牛頓差值擬合函式值得實例 :

牛頓插值算例 牛頓插值算例

公式意義

牛頓差值作為一種常用的數值擬合方法,因其計算簡單,方便進行大量差值點的計算,且邏輯清楚,便於編程計算,在實驗分析中具有廣泛的套用。

特別是實驗中經常出現只能測量得到離散數據點的情況,或者只能用數值解表示某對應關係之時,可以使用牛頓插值公式,對離散點進行擬合,得到較為準確的函式解析值。

相關詞條

相關搜尋

熱門詞條

聯絡我們