三次、五次多项式插值(附代码) |
您所在的位置:网站首页 › 三次多项式求解公式 › 三次、五次多项式插值(附代码) |
文章目录
一、三次多项式插值二、五次多项式插值三、matlab代码
三次、五次多项式插值在工程实践中很常见。求解多项式的系数最直接的方法是根据端点处的约束条件,列出线性方程组,再写成矩阵方程AX=B,然后用通用的方法(如高斯消元法、LU分解等)解矩阵方程。
本博文利用matlab符号计算的功能,给出三次、五次多项式插值的系数解析解(不需要解矩阵方程),并尽可能减少运算量。
一、三次多项式插值
设三次多项式的表达式: f ( u ) = a 0 + a 1 ( u − u s ) + a 2 ( u − u s ) 2 + a 3 ( u − u s ) 3 (1) f(u)=a_0+a_1(u-u_s)+a_2(u-u_s)^2+a_3(u-u_s)^3 \tag 1 f(u)=a0+a1(u−us)+a2(u−us)2+a3(u−us)3(1) 这里为什么不设三次多项式表达式为 f ( u ) = a 0 + a 1 u + a 2 u 2 + a 3 u 3 f(u)=a_0+a_1u+a_2u^2+a_3u^3 f(u)=a0+a1u+a2u2+a3u3呢?采用式(1)的表达式,可以大大减少求取多项式系数的计算量,读者可以自行尝试加以对比。 插值的端点条件为: { f ( u s ) = p s f ′ ( u s ) = v s f ( u e ) = p e f ′ ( u e ) = v e (2) \begin{cases} f(u_s)=p_s\\ f'(u_s)=v_s\\ f(u_e)=p_e\\ f'(u_e)=v_e\\ \tag 2 \end{cases} ⎩ ⎨ ⎧f(us)=psf′(us)=vsf(ue)=pef′(ue)=ve(2) 利用matlab符号计算功能,解得: { a 0 = p s a 1 = v s a 2 = [ 3 ( p e − p s ) + ( 2 v s + v e ) ( u s − u e ) ] / ( u e − u s ) 2 a 3 = − [ 2 ( p e − p s ) + ( v s + v e ) ( u s − u e ) ] / ( u e − u s ) 3 (3) \begin{cases} a_0=p_s\\ a_1=v_s\\ a_2=[3(p_e-p_s)+(2v_s+v_e)(u_s-u_e)]/(u_e-u_s)^2\\ a_3=-[2(p_e-p_s) + (v_s+v_e)(u_s-u_e)]/(u_e-u_s)^3\\ \tag 3 \end{cases} ⎩ ⎨ ⎧a0=psa1=vsa2=[3(pe−ps)+(2vs+ve)(us−ue)]/(ue−us)2a3=−[2(pe−ps)+(vs+ve)(us−ue)]/(ue−us)3(3) 二、五次多项式插值设五次多项式的表达式: f ( u ) = a 0 + a 1 ( u − u s ) + a 2 ( u − u s ) 2 + a 3 ( u − u s ) 3 + a 4 ( u − u s ) 4 + a 5 ( u − u s ) 5 (4) f(u)=a_0+a_1(u-u_s)+a_2(u-u_s)^2+a_3(u-u_s)^3+a_4(u-u_s)^4+a_5(u-u_s)^5 \tag 4 f(u)=a0+a1(u−us)+a2(u−us)2+a3(u−us)3+a4(u−us)4+a5(u−us)5(4) 插值的端点条件为: { f ( u s ) = p s f ′ ( u s ) = v s f ′ ′ ( u s ) = a s f ( u e ) = p e f ′ ( u e ) = v e f ′ ′ ( u e ) = a e (5) \begin{cases} f(u_s)=p_s\\ f'(u_s)=v_s\\ f''(u_s)=a_s\\ f(u_e)=p_e\\ f'(u_e)=v_e\\ f''(u_e)=a_e\\ \tag 5 \end{cases} ⎩ ⎨ ⎧f(us)=psf′(us)=vsf′′(us)=asf(ue)=pef′(ue)=vef′′(ue)=ae(5) 利用matlab符号计算功能,解得: { a 0 = p s a 1 = v s a 2 = a s / 2 a 3 = [ ( 20 ( p e − p s ) + ( 8 v e + 12 v s ) ( u s − u e ) + ( a e − 3 a s ) ( u e 2 + u s 2 ) + ( 6 a s − 2 a e ) u e u s ) ] / [ 2 ( u e − u s ) 3 ] a 4 = [ − ( 30 ( p e − p s ) + ( 14 v e + 16 v s ) ( u s − u e ) + ( 2 a e − 3 a s ) ( u e 2 + u s 2 ) + ( 6 a s − 4 a e ) u e u s ) ] / [ 2 ( u e − u s ) 4 ] a 5 = [ ( 12 ( p e − p s ) + ( 6 v e + 6 v s ) ( u s − u e ) + ( a e − a s ) ( u e 2 + u s 2 ) + ( 2 a s − 2 a e ) u e u s ) ] / [ 2 ( u e − u s ) 5 ] (6) \begin{cases} a_0=p_s\\ a_1=v_s\\ a_2=a_s/2\\ a_3=[(20(p_e - p_s) + (8v_e + 12v_s)(u_s - u_e) + (a_e - 3a_s)(u_e^2 + u_s^2) + (6a_s - 2a_e)u_eu_s)]/[2(u_e-u_s)^3]\\ a_4=[ -(30(p_e - p_s) + (14v_e + 16v_s)(u_s - u_e) + (2a_e - 3a_s)(u_e^2 + u_s^2) + (6a_s - 4a_e)u_eu_s)]/[2(u_e-u_s)^4]\\ a_5=[(12(p_e - p_s) + (6v_e + 6v_s)(u_s - u_e) + (a_e - a_s)(u_e^2 + u_s^2) + (2a_s - 2a_e)u_eu_s)]/[2(u_e-u_s)^5]\\ \tag 6 \end{cases} ⎩ ⎨ ⎧a0=psa1=vsa2=as/2a3=[(20(pe−ps)+(8ve+12vs)(us−ue)+(ae−3as)(ue2+us2)+(6as−2ae)ueus)]/[2(ue−us)3]a4=[−(30(pe−ps)+(14ve+16vs)(us−ue)+(2ae−3as)(ue2+us2)+(6as−4ae)ueus)]/[2(ue−us)4]a5=[(12(pe−ps)+(6ve+6vs)(us−ue)+(ae−as)(ue2+us2)+(2as−2ae)ueus)]/[2(ue−us)5](6) 三、matlab代码 %{ Function: solve_polyInp_coes Description: 求解三次、五次插值多项式的系数 Input: 插值多项式结构体 Output: 三次、五次插值多项式的系数a,状态sta(1表示成功,0表示失败) Author: Marc Pony([email protected]) %} function [a, sta] = solve_polyInp_coes(polyInp) sta = 1; us = polyInp.us; ue = polyInp.ue; ps = polyInp.ps; pe = polyInp.pe; vs = polyInp.vs; ve = polyInp.ve; as = polyInp.as; ae = polyInp.ae; if abs(ue - us) |
今日新闻 |
推荐新闻 |
CopyRight 2018-2019 办公设备维修网 版权所有 豫ICP备15022753号-3 |