观察对于非光滑函数进行多项式插值的可能性:在[0,1]上取 f ( x)= | sin kπx |,选择不同的 k 和 n 用等距结点做 n 次拉格朗日多项式插值,观察误差大小和收敛情况,要求使用Matlab编程语言。
时间: 2024-10-10 16:08:21 浏览: 27
数值分析实验(齐治昌)第二章21题
在非光滑函数如 f(x) = |sin(kπx)| 上进行多项式插值时,由于该函数包含分段线性和跳跃间断点,常规的多项式插值方法可能会遇到挑战。当k增大,函数的周期性会使得其变得更加不连续,这可能导致插值误差增加,特别是对于低阶多项式。
使用等距节点的n次拉格朗日插值在光滑函数上效果较好,但在这种非光滑函数上,我们可能会看到随着n的增长,插值误差可能先减小然后趋于饱和甚至增加,因为插值理论通常假设函数在节点之间连续可微。对于这类函数,数值方法如辛普森法则、样条插值或者采用适应性的节点分布(如基于函数梯度的信息)可能会得到更好的结果。
要在Matlab中完成这样的实验,你可以按照以下步骤:
1. 定义函数f和参数k:
```matlab
function y = my_function(x, k)
y = abs(sin(k*pi*x));
end
```
2. 创建一系列的k值和n值,比如从1到某个上限,步长为1:
```matlab
k_values = 1:10; % 示例,可以根据需要调整范围
n_values = 1:10; % 示例,同样可以调整步长
```
3. 对于每个k和n组合,计算拉格朗日插值:
```matlab
errors = zeros(length(k_values), length(n_values));
for i = 1:length(k_values)
for j = 1:length(n_values)
x_nodes = linspace(0, 1, n_values(j)+1); % 等距节点
f_nodes = my_function(x_nodes, k_values(i));
% 使用linspace生成插值点并计算插值值
interp_points = linspace(0, 1, 100); % 更精细的采样用于评估误差
interpolated_values = linterp(interp_points, x_nodes, f_nodes);
errors(i, j) = max(abs(interpolated_values - my_function(interp_points, k_values(i))));
end
end
```
4. 可视化误差随k和n的变化:
```matlab
scatter(n_values, errors, '.')
xlabel('n (多项式的阶数)')
ylabel('最大误差')
title(['多项式插值误差对k和n的观察 (k = ' num2str(k_values(1:end-1)) ', ...'])
```
5. 分析误差的行为,并观察是否收敛:
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