取插值节点xi=i-1 ,分别用1次、2次、3次、4次Newton插值算法逼近函数f(x)=3^x ,由此计算f(0.5), 并比较对应的误差值。要求给出具体过程以及matlab代码解决方法
时间: 2024-03-21 14:42:37 浏览: 175
好的,我会按照您的要求回答问题,并且不会透露您的任何要求。
首先,根据插值理论,Newton插值算法是一种多项式插值方法,其基本思想是在给定的插值节点上构造一个n次多项式,使得该多项式在节点处的函数值与所给函数相同。在这里,我们需要用到1次、2次、3次、4次Newton插值算法逼近函数f(x)=3^x。
具体过程如下:
1. 构造差商表:
首先,我们需要构造差商表。差商表是一个二维表格,其中第一列为插值节点,第二列为函数f在插值节点处的函数值,第三列为一阶差商,第四列为二阶差商,以此类推。对于1次Newton插值算法,我们只需要构造一阶差商表;对于2次Newton插值算法,我们需要构造二阶差商表;以此类推。
2. 构造插值多项式:
根据差商表,我们可以构造出插值多项式。对于1次Newton插值算法,插值多项式为:
P1(x) = f(x0) + f[x0,x1]·(x-x0)
其中,f(x0)为插值节点x0处的函数值,f[x0,x1]为一阶差商,即
f[x0,x1] = (f(x1) - f(x0)) / (x1 - x0)
对于2次Newton插值算法,插值多项式为:
P2(x) = f(x0) + f[x0,x1]·(x-x0) + f[x0,x1,x2]·(x-x0)·(x-x1)
其中,f(x0)为插值节点x0处的函数值,f[x0,x1]为一阶差商,f[x0,x1,x2]为二阶差商,即
f[x0,x1,x2] = (f[x1,x2] - f[x0,x1]) / (x2 - x0)
以此类推,对于3次Newton插值算法,插值多项式为:
P3(x) = f(x0) + f[x0,x1]·(x-x0) + f[x0,x1,x2]·(x-x0)·(x-x1) + f[x0,x1,x2,x3]·(x-x0)·(x-x1)·(x-x2)
对于4次Newton插值算法,插值多项式为:
P4(x) = f(x0) + f[x0,x1]·(x-x0) + f[x0,x1,x2]·(x-x0)·(x-x1) + f[x0,x1,x2,x3]·(x-x0)·(x-x1)·(x-x2) + f[x0,x1,x2,x3,x4]·(x-x0)·(x-x1)·(x-x2)·(x-x3)
3. 计算f(0.5)的近似值及误差:
根据插值多项式,我们可以计算出f(0.5)的近似值。对于1次Newton插值算法,近似值为:
P1(0.5) = f(0) + f[0,1]·(0.5-0)
对于2次Newton插值算法,近似值为:
P2(0.5) = f(0) + f[0,1]·(0.5-0) + f[0,1,2]·(0.5-0)·(0.5-1)
对于3次Newton插值算法,近似值为:
P3(0.5) = f(0) + f[0,1]·(0.5-0) + f[0,1,2]·(0.5-0)·(0.5-1) + f[0,1,2,3]·(0.5-0)·(0.5-1)·(0.5-2)
对于4次Newton插值算法,近似值为:
P4(0.5) = f(0) + f[0,1]·(0.5-0) + f[0,1,2]·(0.5-0)·(0.5-1) + f[0,1,2,3]·(0.5-0)·(0.5-1)·(0.5-2) + f[0,1,2,3,4]·(0.5-0)·(0.5-1)·(0.5-2)·(0.5-3)
最后,我们可以计算出相应的误差值,即
误差 = |近似值 - 真实值|
其中,真实值为f(0.5) = 3^0.5 = 1.732。
Matlab代码如下:
```matlab
% 构造插值节点
x = [0 1 2 3 4];
% 构造差商表
f = [1 3 9 27 81];
f1 = diff(f) ./ diff(x);
f2 = diff(f1) ./ diff(x(1:end-1));
f3 = diff(f2) ./ diff(x(1:end-2));
f4 = diff(f3) ./ diff(x(1:end-3));
% 计算插值多项式
p1 = f(1) + f1(1) .* (0.5 - x(1));
p2 = f(1) + f1(1) .* (0.5 - x(1)) + f2(1) .* (0.5 - x(1)) .* (0.5 - x(2));
p3 = f(1) + f1(1) .* (0.5 - x(1)) + f2(1) .* (0.5 - x(1)) .* (0.5 - x(2)) + f3(1) .* (0.5 - x(1)) .* (0.5 - x(2)) .* (0.5 - x(3));
p4 = f(1) + f1(1) .* (0.5 - x(1)) + f2(1) .* (0.5 - x(1)) .* (0.5 - x(2)) + f3(1) .* (0.5 - x(1)) .* (0.5 - x(2)) .* (0.5 - x(3)) + f4(1) .* (0.5 - x(1)) .* (0.5 - x(2)) .* (0.5 - x(3)) .* (0.5 - x(4));
% 计算误差
err1 = abs(p1 - 1.732);
err2 = abs(p2 - 1.732);
err3 = abs(p3 - 1.732);
err4 = abs(p4 - 1.732);
```
其中,err1、err2、err3、err4分别为1次、2次、3次、4次Newton插值算法的误差值。
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