求n次多项式Ln(x)=y0l0(x)+y1l1(x)+⋯+ynln(x)
使得Ln(xi)=yi,i=0,1,2,…,n
条件:无重合节点,即i=j⟹xi=xj
如何构造拉格朗日多项式?
当n=1时已知x0,x1;y0,y1,求L1(x)=l0(x)y0+l1(x)y1,使得L1(x0)=y0,L1(x1)=y1
可见L1(x)是过(x0,y0)和(x1,y1)两点的直线
L1(x)=y0+x1−x0y1−y0(x−x0)=l0(x)(x0−x1x−x1)y0+l1(x)(x1−x0x−x0)y1=i=0∑1li(xj)yi
li(x)称为拉氏基函数(Lagrange Basis)满足条件li(xj)=δij(Kronecker Delta)
l0(x0)l0(x1)l0(xi)若将0替换为j,则公式可化为:lj(xi)=x0−x1x0−x1=1=x0−x1x1−x1=0={1,x=x0,i=00,x=x1,i=1={1,x=x0,i=j0,x=x1,i=j
符合
δij={1,i=j0,i=j
当n≥1时,希望找到li(x),i=0,…,n使得li(xj)=δij;然后令Ln(x)=∑i=0nli(x)yi,则显然有Ln(xi)=yi
重要
只有在i=j时,才会得到1,其他都为0,所以求和中的n项只剩下了1项
Ln(xi)=j=0∑nlj(xi)yj==1li(xi)yi=yi
针对每个li有n个零点,x0...xi...xn
→li(x)=Ci(x−x0)...(x−xi)...(x−xn)=Cij=i,j=0∏n(x−xj)li(xi)=1→C0=j=i∏(xi−xj)1li(x)=j=i,j=0∏n(xi−xj)(x−xj)⟹Ln(x)=i=0∑nli(x)yi
一点零次插值多项式为
Ln(x)=y0
两点一次插值 (线性插值) 多项式为
L1(x)=x0−x1x−x1y0+x1−x0x−x0y1
三点二次插值 (抛物插值) 多项式为
L2(x)=(x0−x1)(x0−x2)(x−x1)(x−x2)y0+(x1−x0)(x1−x2)(x−x0)(x−x2)y1+(x2−x0)(x2−x1)(x−x0)(x−x1)y2