数值微分
2022-4-3
| 2023-8-2
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数值微分问题求一函数 在其解析域内的某点 处的近似一阶导数 ,常用的方法是用一简单插值函数来代替 求导

插值法数值微分

在原函数 上找到 个点,据其构造一插值函数 ,以 来代替
误差分析:在点集上的 次插值余项可写作:
其中
对上式求导并将近似求导点 代入其中:
 

两点公式

时,取插值锚点 ,要求 上至少1阶可导,使用直线代替求导,得出结果为
不一定在 的左或者右,因此可以统一化“向前差商”和“向后差商”为上述一个式子.
误差分析,对 处执行级数展开,有
分别代入 得:
即,两点公式产生一 误差. 若 在该邻域内至少二阶可导,则展开式可拥有一Lagrange余项:
即,产生一误差.
 

三点公式

三点公式之"三点"的选择可能出现不同的位置,为了方便讨论,不妨假设选择的三个点距离相同,且仍记为
容易得知,上述三点的Lagrange插值多项式是
对其求导有
对于不同的数值微分位置,有:
  1. ,中心差商公式
其截断误差:
除此之外,样条也可以用作估计数值微分
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