Toán học là một môn khoa học chiếm vịtrí quan trọng không thểthiếu
trong cuộc sống con nguời.
Cùng với sựphát triển nội tại của toán học và các ngành khoa học khác,
toán học chia thành toán lý thuyết và toán ứng dụng.
Giải tích sốhay còn gọi là phương pháp sốlà môn khoa học thuộc lĩnh
vực toán ứng dụng nghiên cứu cách giải gần đúng các phương trình, các bài
toán xấp xỉhàm sốvà các bài toán tối ưu.
Việc giải một bài toán xấp xỉhàm sốnhằm mục đích thay một hàm số
dưới dạng phức tạp nhưdạng biểu thức hoặc một hàm sốdưới dạng bảng
bằng những hàm số đơn giản hơn. Trong lý thuyết xấp xỉ hàm người ta
thường nghiên cứu các bài toán nội suy, bài toán xấp xỉ đều và bài toán xấp
xỉtrung bình phương.
Trong đồán này em đềcập đến bài toán dùng phương pháp xấp xỉtrung
bình phương hay còn gọi là phương pháp bình phương tối thiểu đểxấp xỉ
hàm trong thực nghiệm.
68 trang |
Chia sẻ: lvbuiluyen | Lượt xem: 3954 | Lượt tải: 3
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Bài toán dùng phương pháp xấp xỉ trung bình phương (hay còn gọi là phương pháp bình phương tối thiểu) đểxấp xỉhàm trong thực nghiệm, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Đồ án tốt nghiệp
--------------------------------------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
- 1 - Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Bằng
Lớp: Toỏn Tin_2 – K48
----------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài: “bài toán dùng phương pháp xấp xỉ
trung bình phương (hay còn gọi là phương
pháp bình phương tối thiểu) để xấp xỉ hàm
trong thực nghiệm.”
Đồ án tốt nghiệp
--------------------------------------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
- 2 - Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Bằng
Lớp: Toỏn Tin_2 – K48
MỤC LỤC
Trang
Chương I
Phương pháp bình phương tối thiểu lập công thức từ thực nghiệm:
1.1. Giới thiệu chung…...………………………………………………..1
1.1.1. Đặt vấn đề…………………………………………………..1
1.1.2. Bài toán đặt ra………………………………………………2
1.2. Sai số trung bình phương và phương pháp bình phương tối thiểu tìm xấp
xỉ tốt nhất với một hàm……………………………………………...3
1.2.1. Sai số trung bình phương…………………………………...3
1.2.2. Định nghĩa………………………………………………….3
1.2.3. ý nghĩa của sai số trung bình phương……………………....3
1.2.4. Xấp xỉ hàm theo nghĩa trung bình phương…………………5
Chương II
Các phương pháp xấp xỉ:
2.1 . Xấp xỉ hàm trong thực nghiệm bằng đa thức suy rộng…………..…7
2.1.1. Định nghĩa……………….…………………………………….7
2.1.2. Nội dung……………………………………………………….7
2.1.3. Sai số của phương pháp…………………………………..........9
2.1.4. Mở rộng trên hệ trực giao để đơn giản hóa kết quả……….…..11
2.1.4.1. Định nghĩa……………………………………………...11
2.1.4.2. Tiếp cận lời giải………………………………………...11
Đồ án tốt nghiệp
--------------------------------------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
- 3 - Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Bằng
Lớp: Toỏn Tin_2 – K48
2.1.4.3. Sai số của phương pháp………………………………....12
2.1.4.4. Chú ý …………………………………………………...12
2.2. Xấp xỉ hàm trong thực nghiệm bằng đa thức đại số………………..14
2.2.1. Đặt vấn đề…………………………………………………….14
2.2.2. Tiếp cận lời giải………………………………………............14
2.2.3. Sai số trung bình……………………………………………...14
2.2.4. Trường hợp các mốc cách đều………………………………..15
2.3. Xấp xỉ hàm trong thực nghiệm bằng đa thức trực giao…………..20
2.3.1. Định nghĩa hệ hàm trực giao………………………..………...20
2.3.2. Đặt vấn đề…………………………………………………….20
2.3.3. Nội dung của phương pháp………………………….………...21
2.3.4. Sai số của phương pháp……………………………..………...30
2.4. Xấp xỉ hàm trong thực nghiệm bằng đa thức lượng giác…………32
2.4.1. Định nghĩa đa thức lượng giác………………………………..32
2.4.2. Thuật toán……………………………………………………..32
Chương III
Các ví dụ minh họa:
3.1. Đa thức đại số…………………………………………………………..39
3.1.1. Ví dụ 1………………………………………………………..39
3.1.2. Ví dụ 2………………………………………………………...40
3.2. Đa thức trực giao………………………………………………………..43
3.2.1. Ví dụ 1………………………………………………………...43
3.2.1. Ví dụ 2………………………………………………………...48
3.3. Đa thức lượng giác……………………………………………………...52
Chương IV
Đồ án tốt nghiệp
--------------------------------------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
- 4 - Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Bằng
Lớp: Toỏn Tin_2 – K48
SƠ ĐỒ KHỐI BIỂU DIỄN THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH
VIẾT BẰNG NGÔN NGỮ C:
4.1. Sơ đồ khối biểu diễn thuật toán…………………………………………54
4.1.1. Trường hợp dạng đa thức đại số………………………………. 54
4.1.2. Trường hợp dạng đa thức trực giao…………………………… 55
4.1.3. Trường hợp dạng đa thức lượng giác………………………… .56
4.2. Kết quả chạy chương trình……………………………………………...57
4.2.1. Trường hợp đa thức đại số…………………………………..…57
4.2.2. Trường hợp đa thức trực giao……………………………….....57
4.2.3. Trường hợp đa thức lượng giác………………………………..58
Kết luận…………………………………………………………….....……59
Tài liệu tham khảo…………………………………………………............60
Đồ án tốt nghiệp
--------------------------------------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
- 5 - Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Bằng
Lớp: Toỏn Tin_2 – K48
LỜI NÓI ĐẦU
Toán học là một môn khoa học chiếm vị trí quan trọng không thể thiếu
trong cuộc sống con nguời.
Cùng với sự phát triển nội tại của toán học và các ngành khoa học khác,
toán học chia thành toán lý thuyết và toán ứng dụng.
Giải tích số hay còn gọi là phương pháp số là môn khoa học thuộc lĩnh
vực toán ứng dụng nghiên cứu cách giải gần đúng các phương trình, các bài
toán xấp xỉ hàm số và các bài toán tối ưu.
Việc giải một bài toán xấp xỉ hàm số nhằm mục đích thay một hàm số
dưới dạng phức tạp như dạng biểu thức hoặc một hàm số dưới dạng bảng
bằng những hàm số đơn giản hơn. Trong lý thuyết xấp xỉ hàm người ta
thường nghiên cứu các bài toán nội suy, bài toán xấp xỉ đều và bài toán xấp
xỉ trung bình phương.
Trong đồ án này em đề cập đến bài toán dùng phương pháp xấp xỉ trung
bình phương hay còn gọi là phương pháp bình phương tối thiểu để xấp xỉ
hàm trong thực nghiệm.
Để hoàn thành đồ án này em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong
khoa Toán tin ứng dụng- Trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã quan tâm
giúp đỡ em và tạo mọi điều kiện cho em trong suốt quá trình làm đồ án. Đặc
biệt em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến PGS-TS LÊ TRỌNG VINH,
người đã trực tiếp tận tình hướng dẫn, chỉ bảo về kinh nghiệm và tài liệu
trong suốt quá trình em làm đồ án tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 5 năm 2008
Bùi Văn Bằng
Đồ án tốt nghiệp
--------------------------------------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
- 6 - Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Bằng
Lớp: Toỏn Tin_2 – K48
CHƯƠNG I
PHƯƠNG PHÁP BÌNH PHƯƠNG TỐI THIỂU
LẬP CÔNG THỨC TỪ THỰC NGHIỆM
1.1 Giới thiệu chung
1.1.1 Đặt vấn đề
Có rất nhiều phương pháp khác nhau để lập những đa thức từ thực
nghiệm mà ta đã biết đến như phép nội suy để lập đa thức cấp n: ( )xϕ (đại
số hoặc lượng giác) xấp xỉ hàm số ( )y f x= mà ta đã biết các giá trị của hàm
này là iy y= tại các điểm ix x= . Phương pháp nội suy nói trên khi sử dụng
trong thực tiễn thì có những điều cần cân nhắc là:
1. Trong các đa thức nội suy ( )xϕ ta đòi hỏi ) = iy . Tuy nhiên sự đòi
hỏi này không có ý nghĩa nhiều trong thực tế. Bởi vì các số iy là giá trị
của hàm ( )y f x= tại các điểm ix x= , trong thực tế chúng ta cho dưới
dạng bảng và thường thu được từ những kết quả đo đạc hoặc tính toán
trong thực hành. Những số y này nói chung chỉ xấp xỉ với các giá trị
đúng ( )
i
f x
của hàm ( )y f x= tại ix x= . Sai số mắc phải
( )i i iy f xε = − nói chung khác không. Nếu buộc ( )i ix yϕ = thì thực
chất đã đem vào bài toán các sai số của các số liệu ban đầu nói trên
(chứ không phải là làm cho giá trị của hàm nội suy và hàm ( )f x
trùng nhau tại các điểm ix x= ).
2. Để cho đa thức nội suy biểu diễn xấp xỉ hàm ( )f x một cách sát
thực đương nhiên cần tăng số mốc nội suy
i
x
(nghĩa là làm giảm sai số
của công thức nội suy). Nhưng điều này lại kéo theo cấp của đa thức
nội suy tăng lên do đó những đa thức nội suy thu được khá cồng kềnh
ix(ϕ
i
iε
)(xϕ
)(xϕ
Đồ án tốt nghiệp
--------------------------------------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
- 7 - Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Bằng
Lớp: Toỏn Tin_2 – K48
gây khó khăn cho việc thiết lập cũng như dựa vào đó để tính giá trị
gần đúng hoặc khảo sát hàm ( )f x .
1.1.2 Bài toán đặt ra
Chính vì những lý trên nên phương pháp tìm hàm xấp xỉ có thể sẽ sát
thực hơn thông qua hai bài toán:
Bài toán 1(tìm hàm xấp xỉ).
Giả sử đã biết giá trị iy ( 1,2,..., )=i n của hàm ( )=y f x tại các điểm
tương ứng ix x= . Tìm hàm ( )m xφ xấp xỉ với hàm f(x) trong đó
0
( ) ( ).φ ϕ
=
=∑
m
m i i
i
x a x (1 - 1)
với là những hàm đã biết,
i
a
là những hệ số hằng số.
Trong khi giải quyết bài toán này cần chọn hàm sao cho quá trình tính
toán đơn giản đồng thời nhưng sai số có tính chất ngẫu nhiên (xuất hiện
khi thu được các số liệu
i
y ) cần phải được chỉnh lý trong quá trình tính toán.
Trong bài toán tìm hàm xấp xỉ trên việc chọn dạng của hàm xấp xỉ là
tùy thuộc ý nghĩa thực tiễn của hàm f(x) .
Bài toán 2 (tìm các tham số của một hàm có dạng đã biết).
Giả sử đã biết dạng tổng quát của hàm
0 1
( , , ,..., )
m
Y f x a a a=
(1 – 2)
Trong đó:
i
a
( 1,2,..., )=i m
là những hằng số.
Giả sử qua thực nghiệm ta thu được n giá trị của hàm = iy y ( 1,2,..., )=i m
ứng với các giá trị ix x= của đối. Vấn đề là từ những số liệu thực nghiệm
thu được cần xác định các giá trị của tham số 0 1, ,..., ma a a để tìm được dạng
cụ thể của biểu thức (1 – 2): ( )=y f x về sự phụ thuộc hàm số giữa y và x .
)(xiϕ
)(xmφ
iε
)(xmφ
Đồ án tốt nghiệp
--------------------------------------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
- 8 - Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Bằng
Lớp: Toỏn Tin_2 – K48
1.2 Sai số trung bình phương và phương pháp bình phương tối thiểu
tìm xấp xỉ tốt nhất với một hàm
1.2.1 Sai số trung bình phương
Những hàm trong thực nghiệm thu được thường mắc phải những sai số
có tính chất ngẫu nhiên. Những sai số này xuất hiện do sự tác động của
những yếu tố ngẫu nhiên vào kết quả thực nghiệm để thu được các giá trị
của hàm.
Chính vì lý do trên, để đánh giá sự sai khác giữa hai hàm trong thực
nghiệm ta cần đưa ra khái niệm về sai số (hoặc độ lệch) sao cho một mặt nó
chấp nhận được trong thực tế, một mặt lại san bằng những sai số ngẫu nhiên
(nghĩa là gạt bỏ được những yếu tố ngẫu nhiên tác động vào kết quả của
thực nghiệm). Cụ thể nếu hai hàm thực chất khá gần nhau thì sai số chúng ta
đưa ra phải khá bé trên miền đang xét.
Khái niệm về sai số nói trên có nghĩa là không chú ý tới những kết quả
có tính chất cá biệt mà xét trên một miền nên được gọi là sai số trung bình
phương.
1.2.2 Định nghĩa
Theo định nghĩa ta sẽ gọi là sai số (hoặc độ lệch) trung bình phương
của hai hàm ( )f x và ( )ϕ x trên tập 1 2( , ,..., )= nX x x x , nếu
= . (2 – 1)
1.2.3 Ý nghĩa của sai số trung bình phương
nσ
nσ ∑
=
−
n
i
ii xxf
n 1
2)]()([1 ϕ
Đồ án tốt nghiệp
--------------------------------------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
- 9 - Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Bằng
Lớp: Toỏn Tin_2 – K48
Để tìm hiểu ý nghĩa của sai số trung bình phương ta giả thiết ( )f x , (x) là
những hàm liên tục trên đoạn [ ],a b và 1 2( , ,..., )= nX x x x là tập hợp các điểm
cách đều trên [ ],a b
1 2 ...= < < < =na x x x b
Theo định nghĩa fích phân xác định ta có
lim
n
n
σ σ
→∞
=
(2 – 2)
Trong đó:
= . (2 – 3)
Giả sử ( ) ( )f x xϕ− có trên [ ],a b một số hữu hạn cực trị và là một số
dương nào đó cho trước. Khi đó trên [ ],a b sẽ có k đoạn riêng biệt [ ],i ia b
( 1,2,..., )=i k
sao cho
( ) ( )f x xϕ α− ≥ (với [ ],∈ i ix a b , ( 1,2,..., )=i k )
Gọi là tổng các độ dài của k đoạn nói trên.
Với n đủ lớn và đủ bé, từ (2 – 2) ta suy ra < ( bé tùy ý). Từ (2 – 3)
suy ra
> .
Do đó
2
( ) εω
α
< −
b a .
Nghĩa là tổng độ dài ω của các đoạn [ ],i ia b sẽ bé tùy ý.
ϕ
2σ
ab −
1 dxxxf
b
a
∫ −
2)]()([ ϕ
α
ω
nσ σ ε ε
)(2 ab −ε ∫ −
b
a
dxxxf 2)]()([ ϕ ≥ ∑∫
=
−
k
i
b
a
i
i
dxxxf
1
2)]()([ ϕ ≥ ωα 2
Đồ án tốt nghiệp
--------------------------------------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
- 10 - Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Bằng
Lớp: Toỏn Tin_2 – K48
Tóm lại: với đủ bé (n khá lớn) thì trên đoạn [ ],a b (trừ tại những điểm
của những đoạn [ ],i ia b mà có tổng độ dài ω bé tùy ý), ta có
( ) ( )f x xϕ α− < .
Trong đó là một số dương tùy ý cho trước.
Từ nhận xét trên ta rút ra những ý nghĩa thực tiễn của sai số trung bình
phương như sau:
Nếu sai số trung bình phương của hai hàm f(x) và trên tập hợp n
điểm [ ],a b X⊂ (n đủ lớn) mà khá bé thì với tuyệt đại đa số giá trị của x trên
[a, b] cho sai số tuyệt đối giữa f(x) và khá bé.
1.2.4 Xấp xỉ hàm theo nghĩa trung bình phương
Từ ý nghĩa của sai số trung bình phương nói trên
Ta nhận thấy nếu các giá trị iy ( 1,2,..., )=i n của hàm ( )f x tại các điểm ix
và nếu sai số trung bình phương
=
khá bé thì hàm sẽ xấp xỉ khá tốt với hàm ( )f x .
Cách xấp xỉ một hàm số lấy sai số trung bình phương làm tiêu chuẩn đánh
giá như trên gọi là xấp xỉ hàm theo nghĩa trung bình phương.
Rõ ràng: Nếu hàm ( )f x thu được bằng thực nghiệm (nghĩa là ( )≈i iy f x )
thì cách xấp xỉ nói trên đã san bằng những sai lạc tại từng điểm (nảy sinh do
những sai số ngẫu nhiên của thực nghiệm). Đó là lý do giải thích lý do vì sao
phương pháp xấp xỉ theo nghĩa trung bình phương được sử dụng rộng rãi
trong thực tiễn.
Ta xét trường hợp ( )ϕ x là phụ thuộc các tham số 0 1, ,..., ma a a
0 1( ) ( ; , ,..., )ϕ = mx x a a a . (2 – 4)
nσ
α
nσ )(xϕ
)(xϕ
nσ ∑
=
−
n
i
ii xy
n 1
2)]([1 ϕ
)(xϕ
Đồ án tốt nghiệp
--------------------------------------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
- 11 - Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Bằng
Lớp: Toỏn Tin_2 – K48
Trong số những hàm ( )ϕ x có dạng (2 – 4) ta sẽ gọi hàm
0 1( ) ( ; , ,..., )ϕ = mx x a a a (2 – 5)
là xấp xỉ tốt nhất theo nghĩa trung bình phương với hàm ( )f x nếu sai số
trung bình phương ( )ϕ x với ( )f x là bé nhất. Cụ thể là
0 1 0 1( , ,..., ) min ( , ,..., )σ σ=mn n ma a a a a a
trong đó
[ ]20 1 0 1
1
1( , ,..., ) ( ; , ,..., )σ ϕ
=
= −∑
n
n m i m
i
a a a y x a a a
n
. (2 – 6)
Từ (2 – 6) ta nhận thấy (2 – 5) tương đương với đẳng thức:
[ ] [ ]2 20 1 0 1
1 1
( ; , ,..., ) min ( ; , ,..., )ϕ ϕ
= =
− = −∑ ∑
n n
i m i m
i i
y x a a a y x a a a . (2 – 7)
Từ đó việc tìm hàm xấp xỉ tốt nhất (trong số những hàm dạng (2 – 4) với
hàm ( )f x ) sẽ đưa về tìm cực tiểu của tổng bình phương 2
1
ε
=
∑
n
i
i
trong đó
0 1( ; , ,..., )ε ϕ= −i i my x a a a .
Bởi vậy phương pháp tìm xấp xỉ tốt nhất theo nghĩa trung bình còn gọi là
phương pháp bình phương tối thiểu để xấp xỉ hàm trong thực nghiệm.
Đồ án tốt nghiệp
--------------------------------------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
- 12 - Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Bằng
Lớp: Toỏn Tin_2 – K48
CHƯƠNG II
CÁC PHƯƠNG PHÁP XẤP XỈ
2.1 Xấp xỉ hàm trong thực nghiệm bằng đa thức suy rộng
2.1.1 Định nghĩa
Giả sử cho hệ hàm: 0 1( ), ( ),..., ( ),...ϕ ϕ ϕmx x x Ta sẽ gọi hàm ( )ϕm x là đa
thức suy rộng cấp m nếu ( )φm x có dạng
0
( ) ( )φ ϕ
=
=∑
m
m i i
i
x a x . (3 – 1)
Trong đó 0 1, ,..., ma a a là các hệ số hằng số. Hệ hàm { ( )}ϕm x đã cho gọi là hệ
cơ bản.
2.1.2 Nội dung
Theo phần trên về tìm hàm xấp xỉ giả sử đã biết n giá trị thực nghiệm
iy ( 1,2,..., )=i n của hàm ( )=y f x tại các điểm tương ứng ix . Khi đó việc
tìm một đa thức suy rộng có dạng (3 – 1) mà xấp xỉ với hàm ( )f x nói trên
{ } [ ]1 2, ,..., ,nx x x a b⊂ sẽ chuyển về việc tìm m+1 hệ số ia trong (3 – 1).
Để quá trình tính toán được đơn giản ta xét đa thức suy rộng ( )φm x với
cấp m không lớn lắm. Tuy nhiên ta vẫn phải chọn n đủ lớn do đó có thể giả
thiết n m+1. Khác với bài toán nội suy ở đây ta không cần xác định m+1
giá trị ia từ n phương trình: ( )φ=i m iy x ( 1,2,..., )=i n (vì số phương trình
thường nhiều hơn số ẩn).
≥
Đồ án tốt nghiệp
--------------------------------------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
- 13 - Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Bằng
Lớp: Toỏn Tin_2 – K48
Ta sẽ áp dụng phương pháp bình phương tối thiểu để tìm đa thức suy
rộng
0
( ) ( )φ ϕ
=
=∑
m
m ii
i
x a x xấp xỉ tốt nhất với hàm ( )f x trên [ ],a b .
Trong (2 – 7) ta coi
0 1( ; , ,..., )mx a a aϕ = = .
Từ đó ta suy ra: ( )0 1, ,..., ma a a là điểm cực tiểu của hàm m+1 biến
0 1( , ,..., )mF a a a = . (3 – 2)
Do đó ( )0 1, ,..., ma a a là nghiệm của hệ phương trình
= 0 ; = 0 ; ……; = 0.
Hoặc dạng tương đương với nó
[ ][ ]
[ ][ ]
0 0 1 1 0
1
0 0 1 1 1
1
0 0 1 1
2 ( ) ( ) ... ( ) ( ) 0
2 ( ) ( ) ... ( ) ( ) 0
...............................................................................
2 ( ) ( ) ...
n
i i i m i m i
i
n
i i i m i m i
i
i i i
y x a x a x a x
y x a x a x a x
y x a x a
ϕ ϕ ϕ ϕ
ϕ ϕ ϕ ϕ
ϕ ϕ
=
=
− − − − − =
− − − − − =
− − −
∑
∑
[ ][ ]
1
( ) ( ) 0
n
m i m m i
i
x a xϕ ϕ
=
− − =
∑
(3 - 3)
Gọi là véc tơ n chiều với thành phần thứ i là .
Gọi y là véc tơ n chiều với thành phần thứ i là iy .
Theo định nghĩa tích vô hướng các véc tơ ta có
[ ]
1
, ( )ϕ ϕ
=
=∑
m
r i r i
i
y y x ; [ ]
1
, ( ) ( )ϕ ϕ ϕ ϕ
=
=∑
n
r s r i s i
i
x x (3 – 4)
Do đó (3 – 3) được chuyển về dạng
)(xmφ ∑
=
m
i
ii xa
0
)(ϕ
∑
=
−−−−
n
i
mimiii axaxaxy
1
2
1100 ])(....)()([ ϕϕϕ
0a
F
∂
∂
1a
F
∂
∂
ma
F
∂
∂
rϕ )( ir xϕ
Đồ án tốt nghiệp
--------------------------------------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
- 14 - Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Bằng
Lớp: Toỏn Tin_2 – K48
[ ] [ ] [ ] [ ]
[ ] [ ] [ ] [ ]
[ ] [ ] [ ] [ ]
0 0 0 0 1 1 0 0
1 0 0 1 1 1 1 1
0 0 1 1
, , ... , ,
, , ... , ,
....................................................................
, , ... , ,
m
m
m m m m m
a a y
a a y
a a y
ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ
ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ
ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ
+ + + =
+ + + =
+ + + =
(3 - 5)
Ta nhận thấy (3 – 5) là hệ (m + 1) phương trình đại số tuyến tính dùng để
xác định m + 1 hệ số: 0 1, ,..., ma a a trong đa thức xấp xỉ . Ma trận của hệ
phương trình tuyến tính (3 – 5) có các phần tử là , do đó là một ma
trận đối xứng (dựa vào tính chất giao hoán của tích vô hướng). Ta sẽ gọi hệ
phương trình (3 – 5) là hệ phương trình chuẩn.
Định thức của hệ phương trình chuẩn có dạng
G( = (3 – 6)
Ta gọi định thức 0 1( , ,..., )ϕ ϕ ϕ= mG là định thức Gram của hệ véc tơ
trên tập điểm { }1 2, ,..., nX x x x= .
Mà ta đã biết: Nếu hàm cơ sở là hệ hàm độc lập tuyến
tính trên { } [ ]1 2, ,..., ,nX x x x a b= ⊂ thì trong số những đa thức suy rộng cấp
m có dạng (3 – 1) luôn tồn tại một đa thức suy rộng
. (3 – 1’)
Là xấp xỉ tốt nhất theo nghĩa trung bình phương đối với hàm ( )f x .
Ngoài ra còn có thể chứng minh khi hệ cơ sở là những
độc lập tuyến tính trên { } [ ]1 2, ,..., ,nx x x a b⊂ thì 0 1( , ,..., ) 0ϕ ϕ ϕ= >mG . Nghĩa
là trong trường hợp này hệ phương trình chuẩn (3 – 5) có và duy nhất
)(xmφ
],[ ji ϕϕ
),.....,, 10 mϕϕϕ
],].....[,][,[
............................................
],]......[,][,[
],]......[,][,[
10
11101
01000
mmmm
m
m
ϕϕϕϕϕϕ
ϕϕϕϕϕϕ
ϕϕϕϕϕϕ
mϕϕϕ ,....., 10
)(),....,(),( 10 xxx mϕϕϕ
)()(
0
xax i
m
i
im ϕφ ∑
=
=
)(),....,(),( 10 xxx mϕϕϕ
Đồ án tốt