Оliy vа o‗rtа mаxsus tа‘lim vаzirligi аbu Rаyxоn Bеruniy nоmidаgi tоshkеnt dаvlаt tеxnikа univеrsitеti «Elеktrоnikа vа аvtоmаtikа» fаkultеti
Download 1.43 Mb. Pdf ko'rish
|
kophadlarni interpolyatsiya usulida hisoblash
- Bu sahifa navigatsiya:
- “Informatika kafedrasi”
- Bajardi
- Reja
- 2. Chekli ayirmalar
- 3. Chekli ayirmalar jadvali
- 5.Nyutonning birinchi interpolyatsiya formulasi
ОLIY VА O‗RTА MАXSUS TА‘LIM VАZIRLIGI
TОSHKЕNT DАVLАT TЕXNIKА UNIVЕRSITЕTI
«Elеktrоnikа vа аvtоmаtikа» fаkultеti “Informatika kafedrasi”
Mavzu: Ko’phadlarni interpolyatsiya usulida hisoblash
Bajardi: 46-13 gr. talabasi Shodiyev Z.
Tekshirdi: Karimova N. Toshkent – 2013 Reja I . Kirish. 1.Masalaning qo‘yilishi.
II. Nazariy qism. 1.Nyuton va Lagranjning interpolyatsiyalash usullari.
2.Masalaning yechimi blok sxemasi. 3.Paskal dasturlash tilida qo‘llash.
III. Xulosa. IV. Foydalanilgan adabiyotlar.
KIRISH Matematikadan biz ko‘phadlarni hisoblashni turli hil usullarni o‘rgandik.Shu berilgan ko‘phadlarni dastur yo‘li bilan yechishning bir necha usullari bor. Shu bilan birga Lagranj va Nyuton usullarini ko‘rib chiqamiz. Informatika fanining kelib chiqishi uning uch tarkibiy qismi algoritm, dastur va hisoblash vositalarining paydo bo‘lishi va rivojlanishi bilan bog‘liq. Kishilik jamiyatida hisoblash ishlari boshlangan davr dek qo‘shish,ayirish kabi algaritm amallardan, keyinchalik esa ko‘paytirish bo‘lishdan foydalanilgan.Bu amallar o‘sha davrga taalluqli bo‘lgan algaritmlar asosida bajarilgan.hisoblash ishlari uchun zarur bo‘lgan axborot hajmini oshishi ,qulning barmoqlaridan farqli o‘laroq yangi turdagi hisoblash vositalarini yaratishda sabab bo‘lgan.XIX- asr oxiri XX- asr boshlarida fanlarning yangi yo‘nalishlari va yangi fanlar paydo bo‘lishi ishlov berish uchun zarur bo‘lgan axborot hajmini keskin oshib ketishiga olib keldi.XX- asr o‘rtalarida yaratilgan axborotlarni avtomatik ishlov qurilmasi-elektr hisoblash mashinalari katta hajimdagi axborotni saqlab turish va katta tezlikda ishlov berishimkoniyatini tug‘diradi. Buning natijasida murakkab ilmiy texnik masalalarni (atom energiyasi kosmosnio‘zlashtirish ob-havoni boshorat qilish, …) yechish ularni tahlil qilish mumkin bo‘lib qoldi .Demakqo‘yilgan masalani to‘g‘ri yechish uchun zarur bilim va maxorat ,EHM tushunadigan dastur va EHMning o‘zi bir butunning uch qismi o‘rganishimiz kerak fanning tarkibidir. Berilgan ko‘phadlarni ham huddi mana shu usullar asosida yechiladi.Bu usullar interpolyatsilash asosida yechiladi. Bu usullarda yechish algoritmlari bo‘lib, ularni Turbo Pascal dasturlash tilida yecha olamiz. Ushbu kurs ishida interpolyatsiyani yechishning Lagranj va Nyuton usuliga to‘xtalib o‘tamiz. Va shu kurs ishimda men Lagranj va Nyuton usullarini o‘rganaman va usullardan qaysi birida yechim aniqroq chiqishini ko‘rsatib o‘tishga harakat qilaman. Paskal ancha murakkab va ko‘p vaqt oladigan hisob ishlarini bajarishda mo‘ljallangan tarkiblashtirilgan dasturlar tuzishda imkon beradi.Yana bir avzalligi shundan iboratki foydalanuvchi xatolikga yo‘l qo‘ymasligi uchun yoki xato yechib qo‘ygan bo‘lsa , tez tuzatib olish uchun dasturda ishlatilgan o‘zgaruvchilar oldindan qaysi turga mansubligi belgilab qo‘yilgan bo‘ladi.Shu bilan birga dasturning barcha elementlari haqida ma‘lumot tavsiflash bo‘limida mujasamlashganbo‘ladi operatorlar esa imkon darajasda kamaytirilgandir.
Masalaning qo’yilishi : 17-Variant: Lagranj va Nyuton ko‘phadlarni interpolyatsiya usulida hisoblang .
X i 0.68
0.73
0.80
0.88
0.93
0.99
Y i 0.80866
0.89492
1.02964
1.20966
1.34087
1.52368
F( 0.774) nuqtadagi qiymatni hisoblang.
II Nazariy qism INTERPOLYATSIYA 1.Masalaning qo‘yilish : [a;b] kesmada n+1 ta nuqta berilgan 2 1 0 , , x x x … … … …. n x
Bu nuqatalar interpolyatsiya tugunlari deb ataladi.Biror f(x) funksiyaning bu nuqtalardagi qiymati quyidagiga teng bo‘ladi f(x 0 )=
y , f(
1 x )= 1 y , f(
2 x )= 2 y , … ….. … f( i x )=
y , …. …. … f( n x )=
y
Malum sinfga tegishli bo‘lgan va interpolyatsiya tugunlarda f(x) funksiya qabul qilgan qiymatlarni ya‘ni : F(x
0 )= 0 y , F(
1 x )= 1 y , F(
2 x )= 2 y , … … … F( i x )=
y , …. ….F( n x )=
y
Qiymatlarni qabul qiluvchi F(x) funksiyani (interpolyatsiyalanuvchi funlsiyani) yasash talab qilinsin .Geometrik nuqtai nazardan bu berilgan nuqtalarning quyidagi tizmasi orqali o‘tuvchi biror malum turdagi y=F(x) egri chiziqni topishni anglatadi
.
y=F(x)
M 2
M i
1
M n
M 0
Y
y 1
Y 2 y i y n
M 0 =( 0 0 , y x ) , M
1 =( 1 1 , y x ) , M
2 =( 2 2 , y x ) , … …. , M i =(
i y x , ) , … … M n =(
n y x , )
Masalaning bunday umumiy qo‘yilishi cheksiz ko‘p yechimga ega bo‘lishi aytib o‘tilgan nuqtalar orqali cheksiz ko‘p egri chiziq o‘tkazish mumkin ,yoki umuman yechimga ega bo;lmasligi mumkin. Biroq,agar ixtiyoriy F(x) funksiya o‘rniga quyidagi shartlarni qanotlantiruvchi n – darajali P
0 ( 0 x )=y
0 , P
1 ( 1 x )=y
1 , P
2 ( 2 x )=y
2 , … …. , P i (
x )=y
i , … …. …. , P n (
x )=y
n
komponent izlansa bu masala bir qiymatli bo‘lib qoladi. Hosil qilinga interpolyatsiya funksiyalari odatda berilgan f(x) funksiyaning x argumentini interpolyatsiya tugunlaridan farqli qiymatlardagi qiymatlarini taqribiy hisoblash uchun qo‘llaniladi.Bunday amal f(x) funksiyani interpolyatsiya (x [
x x , 0 ] ) bo‘lganda va ekstoropolyatsialash (x [ n x x , 0 ] ) bo‘lganda deb ataladi. 2. Chekli ayirmalar: Interpolyatsiya formulalarni tuzmish haqidagi masalaga o‘tishdan oldin chekli ayirmalar tushunchasini tanishib chiqamiz: Aytaylik: y=f(x) – berilgan funksiya, argumenti x ortirmasi – tayinlagan miqdori bo‘lsin. 1 – Tarif :Ushbu y=f(x+ x) – f(x) yirma y=f(x) funksiysaning birinchi chekli ayirmasi (yoki birinchli tartibli chekli ayirma deb) ataladi. Yuqori tartibli chekli ayirma ham shunga o‘xshash tariflanidi:
y = (
1 n y) , bu yerda n=1,2,3,… ……, 1-misol.Ikkinchi tartbili chekli ayirma hisoblang: Yechish :Tarifga ko‘ra quyidagiga ega bo‘layliz: n y= (
1 n y) - (f(x+ x) – f(x)) - y(x+ x) + x) + f(x+ x)) - f(x+ x)- y(x+ x)-f(x)] - y(x+ x-f(x))- f(x+2 x)-2 f(x+ x)+f(x). Shunday qilib ikkinchi tartibli chekli ayirmalar uchun quyidagi formulaga ega bo‘lamiz:
y =f(x+2 x)-2f(x+ x)+f(x) Uchinchi tartibli chekli ayirmani ham shunga o‘xshash hosil qilish mumkin:
y =f(x+3 x) - 3f(x+2 x) + 3f(x+ x) + f(x) va xokazo. 2.Misol. P(x)=x n
funksiya uchun chekli ayirmani tuzing :bunda x=1 deb hiosoblang. Yechish P(x)=x n
ga egamoz,bundan P(x)=P(x+ x) – P(x) – (x+ x) n – x
n - (x+1)
n – x
3 - 3x
2 + 3x-1. 2 P(x)=[3(x+ x) n + 3(x+ x)+1] – [3x n + 3x – 1] – [(3x+1) n + 3(x+1)+1] – (3x 2 +3x+1)-6x+6) – 6 . 3 P(x)=[6(x+ x)
+6] – [6x+6] – [6(x+1) +6 ] – (6x+6) – 6 . n P(x)=0 bunda n>4 uchun Uchunchi darajali ko‘pxadning tartibli chekli ayirmasi har doim x ga bog‘liq bo‘lmasligni takidlab o‘tadi. Umumiy darajali ko‘pxadlar uchun tartibi undan yuqori bo‘lgan barcha chekli ayirmalar esa nolga teng.Va umuman quyidagi tasdiq o‘rinli : Teorema: Agar P n (x) n - darajali ko‘phad bo‘lsa, u holda uning n – darajali chekli ayirmasi o‘zgarmas va u qiyidagiga teng. n P n (x)=a
0 n!( x)
n Tartibi n dan katta barcha chekli ayirmalari esa nolga teng ( bu yaerda x - o‘zgarmas son a 0 - esa ko‘phadni bosh elementi ,n – ko‘phadni daraja ko‘rsatkichi) 2 – tarifga. ortirma simvoli y=f(x) funksiya uning quyidagi chekli ayirma funksiyasiga mos qo‘yuvchi operator sifatida qarash mumkin: y=f(x+ x) –f(x), Bu yerda x – o‘zgarmas Bu operatorning asosiy xossalarini tekshirish 1 ) (u+v)= u+ v 2 ) (Cu)=C v, C – const. 3 ) m
n y)=
m+n y
Bu yerda y,u,v – funksiyalar ,m,n – nomanfiy sonlar,bunda k y=y deb faraz qilamiz.
x 0
1 ,x 2,………… x i,……………
x n,………………. ( bu yerda x 1 - x 0 = x
2 - x
1 =…………=h=const, h ni qadam deb qaraymiz ) nuqtalar uchun ushbu y 0 ,y 1 ,y 2,………… y i,…………… y n,………………. Javal qiymatlar bilan berilgan y=f(x) funklsiyani qaraymiz bunda f(x
0 )=y
0 f(x
1 )=( x
0 +h) = y
1 f(x
2 )=f(x
2 +2h) = y 2
f(x i )=f(x 0 + ih) = y i ……………………………………………….. Chekli ayirmalar quyidagi munosabatdlar bilan aniqlanadi: y n =y 1 – y 0 ; 2 y n = ( y 1 )= ( y
1 – y
0 ) = y
1 - y
0 ; 3 y 0 = ( 2 y 0 ) = ( y 1 – y 0 ) =
2 y 2 - 2 y 1 y 2 =y 2 – y 1 = 2 y 2 = ( y 2 ) = (y
2 – y
1 ) = y
2 - y
1 2 y 1 = (
2 y 1 ) = ( y 2 – y 1 ) =
2 y 2 - 2 y 1 …………………………………………………………. y i
i+1 – y
i
2 y i+1
- 3 y i =
2 y i+1 - 2 y i Va hakozo n y i =
n-1 y i-1 - n-1
y i .
Turli tartibli chekli ayirmalarni ikki xil ko‘rinishgi jadvallar shaklida joylashtirish qulay: ayirmalari gorizantal jadval ( 1 va 2 – jadvallar ) va ayirmalari diognal jadvallar (3 - jadval). dasturlash tilida qo‘llash. 1 – jadval. x
y
2 y
3 y
4 y
x 0 y 0 y 0 2 y 0 3 y 0
4 y 0
x 1
y 1
y 1
2 y 1 3 y 1
4 y 1
x 2
y 2
y 2
2 y 2 3 y 2
4 y 2
x 3
y 3
y 3
2 y 3 3 y 3
4 y 3
x 4
y 4
y 4
2 y 4 3 y 4
4 y 4
Jadvani to‘ldirish n – chekli ayirmalar o‘zgarmas bo‘lib qolguncha yoki ular bir – biridan absolyut qiymatlar bo‘yicha e dan ham songa farq qiluvchi davom ettiriladi, bu yerda e – berilgan aniqlik.
3 – misol. Ushbu y = 2x 3 – 2x 2 + 3x – 1 Chekli ayirmalar jadvalini boshlang‘ichi x 0 = 0 qiymat bo‘yicha va qadami h=1 deb qabul qilib tuzing. Yechish : x 0 =0 , x
1 =1, x
2 =2 deb faraz qilib funksiyaning qiymatlarni topamiz y 0 =-
1 =2, y
2 =13.Berilgan funksiyani uchunchi darajali ko‘pxad bo‘lgani uchun uchunchi chekli ayirma o‘zgarmas va 3 y=2*3! h 2 =12 ga teng ,yuqori tartibli barcha chekli ayirmalar esa nolga teng.Chekli ayirmalar jadvalini tuzamiz. 2 – jadval
x
Y
y 2 y 3 y 4 y 0
-1
2-(-1)=3 11-3=8
11
0
1 2
13-2=11
20 11
0
2 13
31
32 11
3
44
63 44
4 107
107
5
214
Jadvalni bunda buyon to‘ldirishni endi qo‘shish yordamida amalga oshirish mumkin.
Tuzilgan jadvalni diognal shaklida ham yozish mumkin: 3 – jadval x Y
2 y 3 y 4 y 0 -1
3
1 2 11 8
2 13 31 20
11 0 3 44 63
32 11
0 4 107 107 44
11
5 214
4. Umumlashgan daraja.Kelgusida bizga umumlashgan daraja kerak bo‘ldi.Shu tushuncha bilan tanishishimizga x va h berilgan bo‘lsin. 3.Tarif: x sonining umumlashgan n – darajasi deb birinchisi x gat eng bo‘lib har bir keyingisi o‘zidan oldingisidan n qadar kichik bo‘lgan n ta ko‘paytuvchining ko‘paytmasiga aytiladi: x [n] =x( x – h )( x – 2h )…………………..( x – ( n – 1 )h ). bu yerda x [n] umumlashgan n – daraja x [0] = 1 deb faraz qilamiz. h=0 bo‘lganda umumlashgan daraja odatdagi mos bo‘ladi x [n]
= x n
x=h deb faraz qilib umumlashgan darajalar uchun chekli ayirmalarni hisoblaymiz: Birinchi ayorma uchun quyidagiga egamiz y= x [n]
[n] – ( x+h ) [n] – x
[n] – ( x+h )x( x-h )( x-2h )……( x- ( n-2 )h – x( x –h ) (x— 2h)….( x – ( n-2 )h( x – 1 )h) – x( x – h )( x - 2h )………( x-( n – 2 )h (x+h – x+( n – 1 ) - x [n-1] nh. ya‘ni x [n]
=nhx [n]
Nyuton ayirmasini hisoblab quyidagiga ega bo‘lamiz: n x
= ( nhx [n-1]
)=nh x [n-1]
– nh( n-1 )h k 2 [n-1] – nh( n-1 )h [n-1] –
k [n-2]
– n( n – 1 )h k [n-k] ya‘ni n x [n] =n( n – 1 )h [n-1] .
n x [n] =h t n( n – 1 )……………….( n – k+t ) x [n-1] Xususan h=n bo‘lganda n x
=n!h n ,h>0 bo‘lganda n x n =0 bo‘ladi
erkli o‘zgaruvchilari teng uzoqlikda yotuvchi x 0, x 1, x 2……………… x n ( bunda x 1 = x 0 +h , x
2 = x
1 +2h …………… x n = x
n-1 +nh
va h – interpolyatsiya qadami ) qiymatlari uchun ushbu y 0 ,y 1 ,y
2 …………………… y n Qiymatlari berilgan bo‘lsin x i nuqtalarni y i
n ( x
i ) ( i=
n , 0 ) (1.1) Qiymatlarni qabul qiluvchi darajasi n dan katta bo‘lgan P n ( x
i ) ko‘phadni tanlash talab etiladi. Shartni quyidagicha yozib olamiz: m P
(x 0 )= m y 0 ( m= n , 0 ) (1.2) Ko‘phadni quyidagi ko‘rinishda yozib izlaymiz P n
0 + a
1 ( x – x
0 )+ a
2 (x - x
0 )(x - x
1 )+
+ a 2 (x – x 0 )(x - x
1 )( x – x
0 )+ … +a
n (x - x
0 )(x - x
1 ) (x – x 2 )(x – x
3 ) …( x – x i-1 )
P n (x)= a 0 + a
1 ( x – x
0 ) [1] +a 2 ( x – x 0 ) [2] + a 2 ( x – x 0 ) [3] + + …. + a
2 ( x – x
0 ) [n] . (1.3) Masala P n ( x ) ko‘phadning a 0 ,a 2 , a 3 , …. …. ,a n koeffitsientlarini topishdan iborat. (1.3) tenglikda x= x 0 deb faraz qilib quyidagiga ega bo‘lmiz P n (x 0 )= y
0 =a o bunda a 0 =y 0
a 1 koeffitsientni toppish uchun P n (x) ko‘phadning birinchi chekli ayirmasini tuzamiz.
P n (x)= a
1 h + a
1 2h( x - a 0 )
+ 3 a 1 h( x - a 0 ) [2] + + … + a
1 nh( x - a 0 )
Bu yerda x=x 0 deb faraz qilib ,quyidagiga ega bo‘lmiz: 2 P n (x 0 )= 2 y 0 =a 2 2! 2 ,bunda a 2 =
0 ! 2 h y
Jarayoni ketma – ket takrorlab borib ,biz a i = i i h i y ! 0 (i= n , 0 ) shundan topamiz ,bu yerda 0!=1 va 0 y
=y 0 deymiz. a 0 ,a 2 , a
3 , …. …. ,a n koeffitsientlarni topillgan qiymatlarni (1.3) ifodaga qo‘yib , Nyutonning interpolyatsiya ko‘phadni hosil qilamiz P 0 (x)=y 0 + h y ! 1 0 ( x – x
0 ) [1] + 2 0 ! 2 h y ( x – x
0 ) [2] + … + +
n n y ! 0 ( x – x 0 ) [n]
(1.4) ko‘phad qo‘yilgan masalaning talablari butunlay qanotlantiradi. Nyutonning (1.4) interpolyatsiya formulasini sodaroq ko‘rish uchun y yangi q= n x x 0 kirtish bilan yuqoridagi soddalashtirilga ko‘rinishda yoziladi.U holda ! ) ( ] [ 0 n x x n =
x x n
h x x 2
n h x x n 2 … n i h x x n = =q( q - 1 )( q - 2 ) …( q – i +1 ) bu yerda i= n , 0 Bu yerda (1.4) gag a qo‘yib ,quyidagiga ega bo‘lamiz P n
0 +q y
0 + ! 2 ) 1 (q q y 0 + ! 3 ) 2 )( 1 (
q q y 0 + … + + ! ) 1 )...( 2 )( 1 ( n n q q q q y 0 (1.5) bu yerda q= n x x 0 x 0 nuqtadan chiqib x nuqtaga yetguncha oraliqdagi qadamlar sonini ifodalaydi.(1.5) formula Nyutonning birinchi interpolyatsiya formulasidir. Bu formula funksifaning boshlang‘ich x 0 qiymatni atrofida interpolyatsialashda qo‘llaniladi ,bu yarda q – absolyut qiymati bo‘yicha olingan son. n=1bo‘lganda chiziqli interpolyatsiya formulasini tuzamiz: P n
n +q y
0 + 2 ) 1 (q q y 0 n=2 bo‘lganda parabolik yoki kvadratik interpolyatsiyasini tuzilmasiga ega bo‘lamiz P 2 (x)= y 0
+ q y 0 + 2 ) 1 (q q 2 y 0 4 – misol.Jadvalda berilgan y=f(x) fuksiya uchun Nyutonni birinchi interpolyatsiya formulasini yozing: X i 0 1 2 3 4 5 y i 5,2 8 10,4
12,8 14,0
15,2 Yechish: Chekli ayirmalar jadvalini tuzmiz x Y
0
y 1
y 3
0 5,2 2,8
-0.4 0 1 8 2,4
-0.4 0 2 10,4 2 -0.4 0 3 12,8 1,4 -0.4
4 14,0 1,2
5 15,2
Jadvaldan foydalanib ,Nyutonning (1.5) formulasini tuzamiz: P n (x)=5,2+q*2.8+ 2 ) 1 (q q ( -0.4 ) , Bu yerda q= 1 0 x =x.Natijada quyidagiga ega bo‘lamiz P n
! 2 ) 1 (x x 0,4
Izlanayotgan funksiyani yakuniy ko‘rinishni quyidagicha: P 2 (x)=5,2+2,8 x - 0,2x 2
Eslatma:y=f(x) funksiya x nuqtadagi qiymatni taqribiy hisoblash uchun y=P n (x) deb faraz qilinadi,bu yerda x nuqta x 2 nuqtaga yaqin nuqta. Download 1.43 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: |
ma'muriyatiga murojaat qiling