TU Wien:Analysis 2 UE (diverse)/Übungen SS23/Beispiel 420

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Man bestimme das Interpolationspolynom dritten Grades zu den Interpolationsstellen (0,180), (2,240), (4,320) und (6,360) (a) durch Lagrange-Interpolation sowie (b) unter Anwendung des Newton'schen Interpolationsverfahrens. Wie lauten die Funktionswerte des Interpolationspolynoms an den Stellen x=1,3,5?

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Lösungsvorschlag

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Lagrange'sches Interpolationspolynom

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Lagrange'sches Interpolationspolynom
Lagrange'sches Interpolationspolynom
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p(x)=y0L0(x)+y1L1(x)+…+ynLn(x)
wobei Li(x)=∏j≠ix−xjxi−xj=(x−x0)…(x−xi−1)(x−xi+1)…(x−xn)(xi−x0)…(xi−xi−1)(xi−xi+1)…(xi−xn)

Stützstellen: x0=0,x1=2,x2=4,x3=6

Berechnen der Lagrange Polynome:
L0(x)=x−20−2x−40−4x−60−6=−x348+x24−11x12+1L1(x)=x−02−0x−42−4x−62−6=x316−5x28+3x2L2(x)=x−04−0x−24−2x−64−6=−x316+x22−3x4L3(x)=x−06−0x−26−2x−46−4=x348−x28+x6

Einsetzen in das Lagrange'sche Interpolationspolynom:
p(x)=180(−x348+x24−11x12+1)+240(x316−5x28+3x2)+320(−x316+x22−3x4)+360(x348−x28+x6)p(x)=−5x34+10x2+15x+180

Lösungen für die geforderten Punkte: (1,8154),(3,11254),(5,13954)

Newton'sche Interpolationspolynom

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Newton'sches Interpolationspolynom
Newton'sches Interpolationspolynom
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p(x)=b0+b1(x−x0)+b2(x−x0)(x−x1)+…+bn(x−x0)…(x−xn−1)

Zuerst müssen die Differenzenquotienten bk=f[x0,…,xk] mittels Differenzenschemas berechnet werden (siehe Buchseite 405).

0 180
2 240 240−1802−0=30
4 320 320−2404−2=40 40−304−0=2.5
6 360 360−3206−4=20 20−406−2=−5 −5−2.56−0=−1.25

Unsere Differenzquotienen sind also b0=180,b1=30,b2=2.5,b3=−1.25

Nun können wir in das Newton'sche Interpolationspolynom einsetzen:
p(x)=180+30(x−0)+2.5(x−0)(x−2)−1.25(x−0)(x−2)(x−4)=−1.25x3+10x2+15x+180

Die Ergebnisse für die geforderten Punkte sind ident zu oben.