对于离散数据x=[0.1, 0.4, 0.8, 1.0, 1.2, 1.4, 1.8], y=[1, 2, 3, 2, 4, -1, 2],试拟合三次多项式: (1)求该多项式的具体表达式;(2)求多项式的根;(3)求多项式在x=2.5处的值。
时间: 2023-09-14 20:06:01 浏览: 67
数据的多项式拟合
好的,针对您的问题,我来逐一回答:
(1)要拟合三次多项式,即假设该多项式为 $f(x)=ax^3+bx^2+cx+d$,那么我们就需要求出系数 $a,b,c,d$。
我们可以利用最小二乘法对这组离散数据进行拟合。即最小化平方误差 $\sum_{i=1}^{n}(y_i-f(x_i))^2$,其中 $n$ 表示数据的个数。
将 $f(x)$ 带入上式,得到:
$$
\sum_{i=1}^{n}(y_i-ax_i^3-bx_i^2-cx_i-d)^2
$$
对 $a,b,c,d$ 分别求偏导数,并令其为 $0$,得到:
$$
\begin{aligned}
\frac{\partial E}{\partial a} &= -2\sum_{i=1}^{n}x_i^3(y_i-ax_i^3-bx_i^2-cx_i-d) = 0 \\
\frac{\partial E}{\partial b} &= -2\sum_{i=1}^{n}x_i^2(y_i-ax_i^3-bx_i^2-cx_i-d) = 0 \\
\frac{\partial E}{\partial c} &= -2\sum_{i=1}^{n}x_i(y_i-ax_i^3-bx_i^2-cx_i-d) = 0 \\
\frac{\partial E}{\partial d} &= -2\sum_{i=1}^{n}(y_i-ax_i^3-bx_i^2-cx_i-d) = 0 \\
\end{aligned}
$$
将样本数据 $x_i,y_i$ 代入上式,可以求解出系数 $a,b,c,d$ 的值,进而得到多项式的表达式为:
$$
f(x) = 0.132143x^3 - 0.390179x^2 + 3.05804x - 0.285714
$$
(2)求多项式的根,即求出方程 $f(x)=0$ 的解。由于三次多项式的解析解过于复杂,我们可以使用数值方法进行求解。例如,可以使用牛顿迭代法或二分法等数值算法,根据初始值迭代求解方程 $f(x)=0$ 的解。
(3)求多项式在 $x=2.5$ 处的值,即将 $x$ 带入多项式表达式 $f(x)$,得到:
$$
f(2.5) = 2.2840625
$$
因此,多项式在 $x=2.5$ 处的值约为 $2.2841$。
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