5. cvičenie 16.3.2023
Riešenie sústavy lineárnych rovníc iteračnými metódami
- Stiahnite si súbor: ->Riešenie sústavy iteračnými metódami v Matlabe<-.
- Pokúste sa sami doplniť príkazy pre jednotlivé iteračné metódy do jednotlivých cyklov (prepíšte vždy výraz “%DOPLNTE”).
- Pomôcka: ->”ťahák” ku iteračným metódam<-, \(\rho\) je spektrálny polomer matice.
Úvod do aproximácie
Cieľom aproximácie funkcie je nájsť funkciu v nejakej dobre definovanej triede funkcií (polynómy, racionálna lomená funkcia,…), ktorá dobre aproximuje našu zadanú funkciu. Predpokladajme teda, že máme definované nejaké
body a funkčné hodnoty v týchto bodoch (príp. derivácie a ďalšie parametre). Na základe týchto údajov chceme zistiť funkčný predpis, ktorý dobre aproximuje chovanie v týchto bodoch.
Pokiaľ chceme, aby vybraná funkcia prechádzala zadanými bodmi (uzlami), využívame interpoláciu. Pri interpolácii hľadáme aproximáciu funkčnej hodnoty iba vo vnútri intervalu, v ktorom interpolujeme.
Pri extrapolácii naopak hľadáme funkčnú hodnotu mimo tento interval. Extrapolácia môže byť veľmi nepresná, pretože ťažko zaručíme, že mimo daný interval nemá funkcia úplne iné chovanie, než v ňom.
Pri minimalizácii (napr. metóda najmenších štvorcov) nemusí aproximačná funkcia prechádzať zadanými dátami. Je založená na minimalizácii rozdielu medzi pôvodnou funkciou a aproximáciou.
Interpolácia
Pri tejto interpolácii sú na celom intervale koeficienty interpolačnej funkcie rovnaké.
Pokiaľ máme zadaných $n+1$ bodov $x_i$, kde $i\in${$0,1,…,n$}, a $n+1$ príslušných funkčných hodnôt $f(x_i)$ v týchto bodoch, existuje unikátny polynóm stupňa $n$, ktorým môžeme dané body interpolovať.
To znamená, že rozdiel medzi Lagrangerovým a Newtonovým interpolačným polynómom je v tvare, v akom polynóm zapisujeme, v princípe sa ale stále jedná o ten istý polynóm.
Lagrangeov polynóm
je vhodný pre odvodzovanie ďalších vzorcov (napr. výpočet integrálu, čo bude v ďalších cvičeniach).
Pozrite si príklad na výpočet Lagrangeovho polynómu 2. stupňa. Zodpovedajúci výpočet v Matlabe nájdete tu. Ak Vám nie je všetko v programe jasné, pozrite si v nasledujúcom videu tutorial na vysvetlenie programu:
Nevilleov algoritmus počíta Lagrangeov polynóm presnejšie, akurát pomalšie. Pri tomto postupe pridávame interpolačné uzly postupne.
Prejdite aj ->príklad<- na výpočet interpolačného polynómu 2. stupňa Nevillovým algoritmom. Zodpovedajúci výpočet v Matlabe nájdete tu. V nasledujúcom videu je tutorial na vysvetlenie programu:
Newtonov polynóm má tvar:
\(p(x) = a_0 + a_1(x-x_0) + a_2 (x-x_0)(x-x_1) + ... + a_n (x-x_0)(x-x_1)...(x-x_{n-1})\).
Ako už bolo spomínané vyššie, jedná sa o iný tvar Lagrangeovho polynómu. Koeficienty Newtonovho polynómu $a_0, a_1,…, a_n$ sa vyjadrujú pomernými diferenciami, viz. prednáška.
Dôležité je uvedomiť si, že interpolácia s ekvidištantnými uzlami vedie ku veľkým nepresnostiam v prípade polynómov vyšších stupňov. Je to kvôli veľkým osciláciám medzi uzlami, predovšetkým na okrajoch zadaného intervalu, viz Runge’s phenomenon.