对于函数1/(1+x^2) 在[-5,5]内,按等距节点求n次lagrange插值多项式和newton插值多项式。 取100点,画出插值多项式和原函数的对比图。 并分别比较在x=3.5,x=4.5处的值。
时间: 2024-09-10 17:04:57 浏览: 69
要解决这个问题,首先我们需要了解拉格朗日(Lagrange)插值多项式和牛顿(Newton)插值多项式的基本概念,然后计算出在区间[-5, 5]内,对于不同的n值(节点数),这两种插值多项式的表达式,接着利用这些表达式计算特定点的函数值,并通过编程画出插值多项式和原函数的对比图。
1. 拉格朗日插值多项式是利用n个插值节点构造的一个多项式,其形式如下:
L(x) = Σ(y_i * l_i(x)), 其中 l_i(x) 是拉格朗日基多项式,定义为 l_i(x) = Π(x - x_j) / (x_i - x_j) (j ≠ i)。
对于区间[-5, 5]内的等距节点,x_i = -5 + (i - 1) * (10 / (n - 1)),对于每个i = 1, 2, ..., n。
2. 牛顿插值多项式通过差商构造,形式如下:
N(x) = a_0 + a_1(x - x_0) + a_2(x - x_0)(x - x_1) + ... + a_n(x - x_0)...(x - x_{n-1})。
其中a_i是通过差商表计算得出的差商值,x_0, x_1, ..., x_{n-1}是插值节点。
现在,我们将通过编程实现上述过程:
- 首先,确定插值节点的个数n以及对应的x_i值。
- 接着,计算对应的y_i值(即函数1/(1+x^2)在x_i处的值)。
- 使用上述拉格朗日或牛顿插值公式计算插值多项式L(x)或N(x)。
- 在区间[-5, 5]内选取100个点,计算原函数和插值多项式在这些点上的值。
- 使用图形库(例如matplotlib)画出插值多项式和原函数的对比图。
- 计算并比较x=3.5和x=4.5处的插值多项式和原函数的值。
由于这是一个编程任务,具体的代码实现将涉及多个步骤,包括数据的准备、插值多项式的计算以及图形的绘制。建议使用Python语言并结合numpy和matplotlib库来完成这个任务。以下是一个大致的Python伪代码框架:
```python
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
# 定义原函数
def f(x):
return 1 / (1 + x**2)
# 拉格朗日插值函数
def lagrange_interpolation(x, y, xi):
# 根据拉格朗日公式计算插值多项式在xi处的值
pass
# 牛顿插值函数
def newton_interpolation(x, y, xi):
# 根据牛顿公式计算插值多项式在xi处的值
pass
# 绘制插值多项式和原函数的对比图
def plot_interpolation(x, y, x_values, lagrange_poly, newton_poly):
# 使用matplotlib绘制图形
pass
# 主函数
def main(n):
# 确定节点数n和插值节点x_i
# 计算对应的y_i值
# 使用插值函数计算插值多项式
# 在区间[-5, 5]内选取100个点
# 绘制插值多项式和原函数的对比图
# 比较x=3.5和x=4.5处的值
# 运行主函数
if __name__ == "__main__":
main(n)
```
请注意,以上代码仅为框架性质,并非完整可用的代码。实际编码时需要填充每个函数的具体实现细节。
阅读全文