NÜMER IK ANAL IZ. Nuri ÖZALP FONKS IYONLARA YAKLAŞIM. Bilimsel Hesaplama Matemati¼gi

Benzer belgeler
NÜMER IK ANAL IZ. Nuri ÖZALP. Sabit Nokta ve Fonksiyonel Yineleme. Bilimsel Hesaplama Matemati¼gi

NÜMER IK ANAL IZ. Nuri ÖZALP L INEER OLMAYAN DENKLEMLER IN ÇÖZÜMÜ 1 / Bilimsel Hesaplama Matemati¼gi

NÜMER IK ANAL IZ. Nuri ÖZALP MATEMAT IKSEL ÖNB ILG ILER. Bilimsel Hesaplama Matemati¼gi

NÜMER IK ANAL IZ. Nuri ÖZALP L INEER S ISTEMLER IN ÇÖZÜMÜ. Bilimsel Hesaplama Matemati¼gi, Gazi Kitabevi 2012

NÜMER IK ANAL IZ. Nuri ÖZALP. SAYISAL TÜREV ve INTEGRAL. Bilimsel Hesaplama Matemati¼gi

NÜMER IK ANAL IZ. Nuri ÖZALP L INEER OLMAYAN DENKLEMLER IN ÇÖZÜMÜ 1 / Bilimsel Hesaplama Matemati¼gi

fonksiyonu, her x 6= 1 reel say s için tan ml d r. (x 1)(x+1) = = x + 1 yaz labilir. Bu da; f (x) = L

NÜMER IK ANAL IZ. Nuri ÖZALP L INEER S ISTEMLER IN ÇÖZÜMÜ. Bilimsel Hesaplama Matemati¼gi, Gazi Kitabevi 2012

Bir H Hilbert uzay üzerinde herhangi bir kompakt simetrik T operatörü için,

İleri Diferansiyel Denklemler

Bir özvektörün sıfırdan farklı herhangi bri sabitle çarpımı yine bir özvektördür.

1.3. Normal Uzaylar. Bu bölümde; regülerlikten daha kuvvetli bir ay rma aksiyomu tan mlanarak. baz temel özellikleri incelenecektir.

6 Devirli Kodlar. 6.1 Temel Tan mlar

MIT Açık Ders Malzemeleri Kompleks Değişkenli Fonksiyonlar 2008 Güz

POL NOMLAR. Polinomlar

Istatistik ( IKT 253) Normal Da¼g l m Çal şma Metni

NÜMER IK ANAL IZ. Nuri ÖZALP. Lineer Programlama. Bilimsel Hesaplama Matemati¼gi

1.BÖLÜM SORU SORU. (x 1) (x 3) = A + B. x 3 ise, d(p(x)) ve d(q(x)) polinomlar n derecelerini göstermek. A. B çarp m kaçt r?

(z z 0 ) n. n=1. Z f (z) dz = 2ib 1

TANIM : a, a, a, a,..., a R ve n N olmak üzere,

BÖLÜNMÜŞ FARKLAR (DİVİDED DİFFERENCES)

Do ufl Üniversitesi Matematik Kulübü Matematik Bireysel Yar flmas 2004 Soru ve Yan tlar

ÜN TE II L M T. Limit Sa dan ve Soldan Limit Özel Fonksiyonlarda Limit Limit Teoremleri Belirsizlik Durumlar Örnekler

Iki Boyutlu Sabit Katsay l Lineer Homogen Diferensiyel Denklem Sistemleri (Euler Metodu)

İç-Çarpım Uzayları ÜNİTE. Amaçlar. İçindekiler. Yazar Öğr. Grv. Dr. Nevin ORHUN

Özdeğer ve Özvektörler

HOMOGEN OLMAYAN DENKLEMLER

Elemanter fonksiyonlarla yaklaşım ve hata

FONKS IYONEL ANAL IZE G IR IŞ I Aras nav Sorular

İleri Diferansiyel Denklemler

İleri Diferansiyel Denklemler

Belirsiz Integraller. 1.1 Ilkel Fonksiyon ve Belirsiz Integral Temel Tan mlar ve Sonuc. lar

2. Topolojik Uzaylarda Ba¼glant l l k Ba¼glant l Topolojik Uzaylar. Tan m (X; ) topolojik uzay n n her biri boş kümeden farkl olan ayr k

POLİNOMLARIN TANIMI. ÖĞRENCİNİN ADI SOYADI: KONU: POLİNOMLAR NUMARASI: SINIFI:

LYS MATEMATİK DENEME - 1

ÖZDEĞERLER- ÖZVEKTÖRLER

Jeodezide Yaklaşım Yöntemleri: Enterpolasyon ve Kollokasyon

Şimdi de [ ] vektörünün ile gösterilen boyu veya büyüklüğü Pisagor. teoreminini iki kere kullanarak

İleri Diferansiyel Denklemler

11. HAFTA BLM323 SAYISAL ANALİZ. Okt. Yasin ORTAKCI.

İkinci Mertebeden Lineer Diferansiyel Denklemler

BÖLÜM 7 BİLGİSAYAR UYGULAMALARI - 1

Do ufl Üniversitesi Matematik Kulübü Matematik Bireysel Yar flmas 2005 Soru ve Yan tlar

2010 oldu¼gundan x 2 = 2010 ve

1 Lineer Diferansiyel Denklem Sistemleri

Polinomlar, Temel Kavramlar, Polinomlar Kümesinde Toplama, Çıkarma, Çarpma TEST D 9. E 10. C 11. B 14. D 16. D 12. C 12. A 13. B 14.

1998 ULUSAL ANTALYA MATEMAT IK OL IMP IYATI B IR INC I AŞAMA SORULARI

1. GRUPLAR. c (Birleşme özelliği) sağlanır. 2) a G için a e e a a olacak şekilde e G (e ye birim eleman denir) vardır.

İKİNCİ DERECEDEN DENKLEMLER

Yeşilköy Anadolu Lisesi

Bu bölümde, bugüne dek ancak rüyalar n zda görece inizi

3. HAFTA BLM323 SAYISAL ANALİZ. Okt. Yasin ORTAKCI.

8 LAURENT SER I GÖSTER IMLER I

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ İKİNCİ BASAMAKTAN DİFERENSİYEL DENKLEMLER İÇİN ARALIK SALINIM KRİTERİ.

Yrd. Doç. Dr. A. Burak İNNER

12. HAFTA BLM323 SAYISAL ANALİZ. Okt. Yasin ORTAKCI.

1) 6 kişilik bir aile yuvarlak bir masa etraf nda, anne ile baban n yan yana oturmamas koşulu ile kaç farkl biçimde oturabilir?

Do al say lar kümesi, yani {0, 1, 2, 3, 4,... } kümesi, toplama

8.Konu Vektör uzayları, Alt Uzaylar

İleri Diferansiyel Denklemler

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

BĐSĐKLET FREN SĐSTEMĐNDE KABLO BAĞLANTI AÇISININ MEKANĐK VERĐME ETKĐSĐNĐN ĐNCELENMESĐ

Diferansiyel denklemler uygulama soruları

ÜN TE III L NEER CEB R

Lineer Dönüşümler ÜNİTE. Amaçlar. İçindekiler. Yazar Öğr. Grv.Dr. Nevin ORHUN

İleri Diferansiyel Denklemler

Math 103 Lineer Cebir Dersi Ara Sınavı

Analiz III Ara S nav Sorular 24 Kas m 2010

Bu yaz girifle gereksinmiyor. Do rudan, kan tlayaca m z

Bu kısımda işlem adı verilen özel bir fonksiyon çeşidini ve işlemlerin önemli özelliklerini inceleyeceğiz.

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

(m+2) +5<0. 7/m+3 + EŞİTSİZLİKLER A. TANIM

Olas l k Hesaplar (II)

Alıştırmalar 1. 1) Aşağıdaki diferansiyel denklemlerin mertebesini ve derecesini bulunuz. Bağımlı ve bağımsız değişkenleri belirtiniz.

Do ufl Üniversitesi Matematik Kulübü Matematik Yar flmas 2003 Bireysel Yar flma Soru ve Çözümleri

KUADRATİK FORM. Tanım: Kuadratik Form. Bir q(x 1,x 2,,x n ) fonksiyonu

İleri Diferansiyel Denklemler

mat 103. Çal şma Sorular 1

KPSS MATEMATÝK. SOYUT CEBÝR ( Genel Tekrar Testi-1) N tam sayılar kümesinde i N için, A = 1 i,i 1


ÇEV 2006 Mühendislik Matematiği (Sayısal Analiz) DEÜ Çevre Mühendisliği Bölümü Doç.Dr. Alper ELÇĐ

Içindekiler. Karşk Örnekler 87. TÜBITAK SORULARI (Fonksiyonlar) 55 ULUSAL ANTALYA MATEMATIK OLIMPIYATI SORULARI 64

TEMEL MATEMAT K TEST

AKDEN IZ ÜN IVERS ITES I 21. ULUSAL ANTALYA MATEMAT IK OL IMP IYATI SORULARI

TEMEL MATEMAT K TEST

Ortak Akıl MATEMATİK DENEME SINAVI

DÜZCE ÜN IVERS ITES I FEN-EDEB IYAT FAKÜLTES I

Bu yaz da dizileri kullanarak birbirinden ilginç

PROBLEM SET I ARALIK 2009

MEB YÖK MESLEK YÜKSEKOKULLARI PROGRAM GELİŞTİRME PROJESİ. 1. Matematik ile ilgili temel kavramları açıklayabilme.

Math 322 Diferensiyel Denklemler Ders Notları 2012

13. Karakteristik kökler ve özvektörler

ÜNİTE 5 KESİKLİ RASSAL DEĞİŞKENLER VE OLASILIK DAĞILIMLARI

+..+b 0 Polinomlarının. kongüransını inceleyeceğiz.

ünite12 POLİNOMLAR Polinomlar

2.1 Kayan Nokta aritmetiği: Nümerik Analizde Operatorler Genişletme (Kaydırma) Operatörü µ Ortalama Operatörü...

Yrd. Doç. Dr. A. Burak İNNER

biçimindeki ifadelere iki değişkenli polinomlar denir. Bu polinomda aynı terimdeki değişkenlerin üsleri toplamından en büyük olanına polinomun dereces

x 0 = A(t)x + B(t) (2.1.2)

SORULAR. 1. Aşa¼g daki limitleri bulunuz. Cevab n z n aşamalar n belirtiniz. lim. 1 n sin. lim. q 1 x 1+x

Transkript:

NÜMER IK ANAL IZ Bilimsel Hesaplama Matemati¼gi Nuri ÖZALP FONKS IYONLARA YAKLAŞIM Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 1 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Newton Formu Polinom Interpolasyonu Newton Formu Problem n + 1 tane (x i, y i ) verisinden oluşan tablosu verilmiş olsun ve x x 0 x 1 x 2 x n y y 0 y 1 y 2 y n p(x i ) = y i (0 i n) olacak şekilde mümkün olan en küçük dereceden bir p polinomu arayal m. Bu tip bir polinoma tabloyu interpole eder (birleştirir) veya tablonun bir interpolasyon polinomu denir denir. Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 2 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Newton Formu Teorem (Polinom Interpolasyonu) E¼ger x 0, x 1,..., x n farkl reel say lar ise, bu durumda key y 0, y 1,..., y n say lar için p n (x i ) = y i (0 i n) olacak şekilde derecesi en fazla n olan tek bir p n polinomu vard r. Ispat (Teklik: ) Bu tipten iki p n ve q n polinomu oldu¼gunu kabul edelim. Bu durumda p n q n polinomu, 0 i n için (p n q n )(x i ) = 0 özelli¼gine sahip olacakt r. p n q n polinomunun derecesi en fazla n olabilece¼ginden dolay, e¼ger 0 polinomu de¼gilse, bu polinom en fazla n tane s f ra sahiptir. Fakat, x i ler farkl olduklar ndan, polinomu n + 1 s f ra sahip olur ki; bu durumda (p n q n )(x) 0 olmal d r. O halde, p n q n dir. Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 3 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Newton Formu n = 0 için, bir p 0 sabit fonksiyonu (derecesi 0 olan polinom) p 0 (x 0 ) = y 0 olacak şekilde seçilebilir. Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 4 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Newton Formu n = 0 için, bir p 0 sabit fonksiyonu (derecesi 0 olan polinom) p 0 (x 0 ) = y 0 olacak şekilde seçilebilir. 0 i k 1 için p k 1 (x i ) = y i olacak şekilde, derecesi k 1 olan bir p k 1 polinomu var olsun. p k y p k (x) = p k 1 (x) + c(x x 0 )(x x 1 ) (x x k 1 ) (1) formunda inşa edelim: Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 4 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Newton Formu n = 0 için, bir p 0 sabit fonksiyonu (derecesi 0 olan polinom) p 0 (x 0 ) = y 0 olacak şekilde seçilebilir. 0 i k 1 için p k 1 (x i ) = y i olacak şekilde, derecesi k 1 olan bir p k 1 polinomu var olsun. p k y p k (x) = p k 1 (x) + c(x x 0 )(x x 1 ) (x x k 1 ) (1) formunda inşa edelim: p k (x) en fazla k. derecedendir. p k (x i ) = p k 1 (x i ) = y i (0 i k 1) oldu¼gundan, p k 1 in interpole etti¼gi noktalar p k da interpole eder. Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 4 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Newton Formu n = 0 için, bir p 0 sabit fonksiyonu (derecesi 0 olan polinom) p 0 (x 0 ) = y 0 olacak şekilde seçilebilir. 0 i k 1 için p k 1 (x i ) = y i olacak şekilde, derecesi k 1 olan bir p k 1 polinomu var olsun. p k y p k (x) = p k 1 (x) + c(x x 0 )(x x 1 ) (x x k 1 ) (1) formunda inşa edelim: p k (x) en fazla k. derecedendir. p k (x i ) = p k 1 (x i ) = y i (0 i k 1) oldu¼gundan, p k 1 in interpole etti¼gi noktalar p k da interpole eder. Şimdi, p k (x k ) = y k koşulundan, bilinmeyen c katsay s n belirleyelim. Koşul uygulan rsa elde edilir. p k 1 (x k ) + c(x k x 0 )(x k x 1 ) (x k x k 1 ) = y k (2) Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 4 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Newton Formu n = 0 için, bir p 0 sabit fonksiyonu (derecesi 0 olan polinom) p 0 (x 0 ) = y 0 olacak şekilde seçilebilir. 0 i k 1 için p k 1 (x i ) = y i olacak şekilde, derecesi k 1 olan bir p k 1 polinomu var olsun. p k y p k (x) = p k 1 (x) + c(x x 0 )(x x 1 ) (x x k 1 ) (1) formunda inşa edelim: p k (x) en fazla k. derecedendir. p k (x i ) = p k 1 (x i ) = y i (0 i k 1) oldu¼gundan, p k 1 in interpole etti¼gi noktalar p k da interpole eder. Şimdi, p k (x k ) = y k koşulundan, bilinmeyen c katsay s n belirleyelim. Koşul uygulan rsa p k 1 (x k ) + c(x k x 0 )(x k x 1 ) (x k x k 1 ) = y k (2) elde edilir. c nin çarpanlar 0 olmad klar ndan, Denklem (2) den kesinlikle c çözülebilir. (Neden?) Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 4 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Newton Formu Elde edilmesi: p k polinomu p k 1 e basitçe tek bir terim eklenerek elde edilir: veya kapal formda p k (x) = c 0 + c 1 (x x 0 ) + c 2 (x x 0 )(x x 1 ) (3) + + c k (x x 0 )(x x 1 ) (x x k 1 ) p k (x) = k i=0 c i i 1 j=0 (x x j ) (4) dir. Burada m < 0 için m j=0(x x j ) = 1 al ş lm ş kabulünü yap yoruz. (4) polinomunun (Newton formu) ilk bir kaç durumu p 0 (x) = c 0 p 1 (x) = c 0 + c 1 (x x 0 ) p 2 (x) = c 0 + c 1 (x x 0 ) + c 2 (x x 0 )(x x 1 ) Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 5 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Newton Formu p k (x) i hesaplamak için, c 0, c 1,..., c k katsay lar n n bilindikleri varsay larak, içiçe çarp m veya Horner algoritmas olarak adland r lan etkili bir yöntem kullan l r. Bu yöntem u = k i=0 c i i 1 j=0 d j = c 0 + c 1 d 0 + c 2 d 0 d 1 + + c k d 0 d 1 d k 1 (5) = c 0 + d 0 fc 1 + + d k 3 [c k 2 + d k 2 (c k 1 + d k 1 (c k ))]g formundaki key bir ifade için kolayl kla aç klanabilir. u yu hesaplama algoritmas şu şekilde üretilir: u k c k u k 1 u k d k 1 + c k 1 u k 2 u k 1 d k 2 + c k 2. u 0 u 1 d 0 + c 0 Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 6 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Newton Formu katsay lar c k = p k (x) = k i=0 c i i 1 j=0 (x x j ) y k p k 1 (x k ) (x k x 0 )(x k x 1 ) (x k x k 1 ) dan c 0 = y 0 dan başlanarak ardarda hesaplanabilirler fakat ayn sonucu elde eden daha etkili bir yordam mevcuttur. Bu alternatif yöntem, c 0, c 1,..., c k katsay lar n hesaplamak için bölünmüş farklar kullanmaktad r. Bu yöntemi Kesim 2 de sunaca¼g z. Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 7 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Newton Formu Örnek tablo de¼gerleri x 5 7 6 0 y 1 23 54 954 p 3 (x) = 4x 3 + 35x 2 84x 954 polinomundan tan mlanm şt r. E¼ger tablonun Newton interpolasyon polinomunu hesaplarsak, c 0 = 1, c 1 = 2, c 2 = 3, c 3 = 4 olup, p 3 (x) = 1 + 2(x 5) + 3(x 5)(x + 7) + 4(x 5)(x + 7)(x + 6) bulunur. Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 8 / 21

Lagrange Formu 1 Polinom Interpolasyonu Lagrange Formu p nin (Lagrange formu) p(x) = y 0`0(x) + y 1`1(x) + + y n`n(x) = n y k `k (x) (6) k=1 formunda ifade edilir. Burada, `0, `1,..., `n ler polinomlar olup, x 0, x 1,..., x n nodlar na ba¼gl d rlar, fakat y 0, y 1,..., y n ordinatlar na ba¼gl de¼gildirler. i. konumdaki bir 1 hariç, tüm ordinatlar 0 olabilece¼ginden dolay, δ ij = p n (x j ) = n n y k `k (x j ) = δ ik `k (x j ) = `i (x j ) k=1 k=1 oldu¼gunu görürüz. (Kronecker deltas n n) k = i için δ ki = 1 ve k 6= i için δ ki = 0 ile tan mland ¼g n hat rlayal m.) Bu özelli¼ge sahip bir polinomlar kümesine kolayl kla ulaşabiliriz. Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 9 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Lagrange Formu `0 göz önüne alal m. Bu x 1, x 2,..., x n de 0 de¼gerini alan ve x 0 da 1 de¼gerini alan, n. dereceden bir polinom olacakt r. Aç kça, `0, `0(x) = c(x x 1 )(x x 2 ) (x x n ) = c n j=1 (x x j ) formunda olmal d r. c nin de¼geri x = x 0 al narak elde edilir ki; 1 = c n j=1 (x 0 x j ) ve buradan dir. c = n j=1 (x 0 x j ) 1 Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 10 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Lagrange Formu Böylece `0(x) = n j=1 buluruz. `i lerin hepsi, ayn nedenlemeyle `i (x) = n j=1 j6=i x x 0 x j x j x x j (0 i n) x i x j olarak elde edilir. x 0, x 1,..., x n nodlar n n kümesi için bu polinomlar kardinal (temel) fonksiyonlar olarak bilinir. Elimizdeki bu kardinal polinomlar ile Denklem (6) interpolasyon polinomunun Lagrange formunu verir. Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 11 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Lagrange Formu Örnek x 5 7 6 0 tablosunun kardinal fonksiyonlar ve y 1 23 54 954 interpolasyon polinomunun Lagrange formu nedir? Çözüm Nodlar 5, 7, 6, 0 d r. Böylece, kardinal fonksiyonlar Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 12 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Lagrange Formu Örnek x 5 7 6 0 tablosunun kardinal fonksiyonlar ve y 1 23 54 954 interpolasyon polinomunun Lagrange formu nedir? Çözüm Nodlar 5, 7, 6, 0 d r. Böylece, kardinal fonksiyonlar (x + 7)(x + 6)x `0(x) = (5 + 7)(5 + 6)5 = 1 660 x(x + 6)(x + 7) Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 12 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Lagrange Formu Örnek x 5 7 6 0 tablosunun kardinal fonksiyonlar ve y 1 23 54 954 interpolasyon polinomunun Lagrange formu nedir? Çözüm Nodlar 5, 7, 6, 0 d r. Böylece, kardinal fonksiyonlar (x + 7)(x + 6)x `0(x) = (5 + 7)(5 + 6)5 = 1 660 x(x + 6)(x + 7) (x 5)(x + 6)x `1(x) = ( 7 5)( 7 + 6)( 7) = 1 84 x(x 5)(x + 6) Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 12 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Lagrange Formu Örnek x 5 7 6 0 tablosunun kardinal fonksiyonlar ve y 1 23 54 954 interpolasyon polinomunun Lagrange formu nedir? Çözüm Nodlar 5, 7, 6, 0 d r. Böylece, kardinal fonksiyonlar (x + 7)(x + 6)x `0(x) = (5 + 7)(5 + 6)5 = 1 660 x(x + 6)(x + 7) `1(x) = (x 5)(x + 6)x ( 7 5)( 7 + 6)( 7) = 1 84 x(x 5)(x + 6) `2(x) = (x 5)(x + 7)x ( 6 5)( 6 + 7)( 6) = 1 66 x(x 5)(x + 7) Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 12 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Lagrange Formu Örnek x 5 7 6 0 y 1 23 54 954 tablosunun kardinal fonksiyonlar ve interpolasyon polinomunun Lagrange formu nedir? Çözüm Nodlar 5, 7, 6, 0 d r. Böylece, kardinal fonksiyonlar (x + 7)(x + 6)x `0(x) = (5 + 7)(5 + 6)5 = 1 660 x(x + 6)(x + 7) `1(x) = (x 5)(x + 6)x ( 7 5)( 7 + 6)( 7) = 1 84 x(x 5)(x + 6) `2(x) = (x 5)(x + 7)x ( 6 5)( 6 + 7)( 6) = 1 66 x(x 5)(x + 7) (x 5)(x + 7)(x + 6) `3(x) = (0 5)(0 + 7)(0 + 6) = 1 210 (x 5)(x + 6)(x + 7) O halde, interpolasyon polinomu Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 12 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Lagrange Formu Örnek x 5 7 6 0 tablosunun kardinal fonksiyonlar ve y 1 23 54 954 interpolasyon polinomunun Lagrange formu nedir? Çözüm Nodlar 5, 7, 6, 0 d r. Böylece, kardinal fonksiyonlar (x + 7)(x + 6)x `0(x) = (5 + 7)(5 + 6)5 = 1 660 x(x + 6)(x + 7) `1(x) = (x 5)(x + 6)x ( 7 5)( 7 + 6)( 7) = 1 84 x(x 5)(x + 6) `2(x) = (x 5)(x + 7)x ( 6 5)( 6 + 7)( 6) = 1 66 x(x 5)(x + 7) (x 5)(x + 7)(x + 6) `3(x) = (0 5)(0 + 7)(0 + 6) = 1 210 (x 5)(x + 6)(x + 7) O halde, interpolasyon polinomu p 3 (x) = `0(x) 23`1(x) 54`2(x) 954`3(x) Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 12 / 21

Genel Form 1 Polinom Interpolasyonu Genel Form Polinom interpolasyonu için, hâlâ di¼ger algoritmalar çeşitli avantajlara ve dezavantajlara sahiptirler. n + 1 (farkl ) noktada önceden verilen de¼gerlere sahip, derecesi n olan bir ve yaln z bir polinom oldu¼gundan, bu algoritmalar ayn polinomu farkl formlarda üretirler. Örne¼gin, polinomu p(x) = a 0 + a 1 x + a 2 x 2 + + a n x n şeklinde x in kuvvetleri cinsinden ifade edilmesini isteyebiliriz. p(x i ) = y i, (0 i n) interpolasyon koşullar, a 0, a 1,..., a n leri belirlemek için n + 1 boyutlu bir lineer denklem sistemi verir: Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 13 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Genel Form Bu sistem 2 1 x 0 x0 2 x n 3 2 0 1 x 1 x1 2 x n 1 1 x 2 x2 2 x2 n 6 4...... 7 6. 5 4 1 x n xn 2 xn n a 0 a 1 a 2. a n 3 2 = 7 6 5 4 y 0 y 1 y 2. y n 3 7 5 formuna sahiptir. Katsay matrisine Vandermonde matrisi denir. Matris tekil de¼gildir fakat s kl kla kötü durumludur. Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 14 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Genel Form A matrisinin durum say s κ(a) = kak A 1 olup, burada kk bir matris (örne¼gin kak = max ij ja ij j) normudur. E¼ger Ax = b nin çözümü sa¼g taraftaki b deki küçük de¼gişikliklere karş duyars z oluyorsa; bu durumda b deki küçük de¼gişimler, hesaplanan x çözümünde de sadece küçük de¼gişimlere neden olur. Bu durumda, A iyi durumludur denir. Bu, κ(a) durum say s n n sadece küçük bir büyüklükte olmas na karş l k gelir. Di¼ger yandan, e¼ger durum say s büyük ise, A kötü durumludur ve Ax = b nin say sal çözümü çok büyük bir şüphe alt nda kabul edilmek zorundad r. Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 15 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Genel Form Art lar: (Newton formu): Nümerik çal şma için, interpolasyon polinomunun Newton formunu kullanmak muhtemelen en iyisidir. Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 16 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Genel Form Art lar: (Newton formu): Nümerik çal şma için, interpolasyon polinomunun Newton formunu kullanmak muhtemelen en iyisidir. Interpolasyon problemine daha fazla veri eklenirse, halihaz rda hesaplanm ş olan katsay lar de¼giştirilmek zorunda de¼gil. Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 16 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Genel Form Art lar: (Newton formu): Nümerik çal şma için, interpolasyon polinomunun Newton formunu kullanmak muhtemelen en iyisidir. Interpolasyon problemine daha fazla veri eklenirse, halihaz rda hesaplanm ş olan katsay lar de¼giştirilmek zorunda de¼gil. Art lar: (Lagrange formu): Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 16 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Genel Form Art lar: (Newton formu): Nümerik çal şma için, interpolasyon polinomunun Newton formunu kullanmak muhtemelen en iyisidir. Interpolasyon problemine daha fazla veri eklenirse, halihaz rda hesaplanm ş olan katsay lar de¼giştirilmek zorunda de¼gil. Art lar: (Lagrange formu): Bir x i nodlar kümesi için, birinin, örne¼gin deneysel verilerden elde etti¼gi, bu nodlara karş l k gelen bir çok farkl y i de¼gerlerine sahip olmas durumu için kardinal fonksiyonlar ayn kal r Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 16 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Polinom Interpolasyonunda Hata Polinom Interpolasyonunda Hata Teorem (Polinom Interpolasyonunun Hatas ) f, C n+1 [a, b] de bir fonksiyon olsun ve p de f yi [a, b] aral ¼g ndaki n + 1 tane farkl x 0, x 1,..., x n noktas nda interpole eden, en fazla n. dereceden bir fonksiyon olsun. Bu durumda her bir x 2 [a, b] için f (x) p(x) = 1 (n + 1)! f (n+1) (ξ x ) n i=0 (x x i ) (7) olacak şekilde karş l k gelen bir ξ x 2 (a, b) noktas vard r. Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 17 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Polinom Interpolasyonunda Hata elde ederiz, ki bu da Denklem (7) yi verir. Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 18 / 21 Ispat E¼ger x = x i ise, iddia aç k olarak do¼grudur. x 6= x i (sabitlenmiş) varsayal m. w(t) = n (t x i ) φ f p λw i=0 diyelim. Burada λ, φ(x) = 0 yapan herhangi bir reel say d r. Böylece, f (x ) p(x ) λ = olur. Şimdi, φ 2 C w (x ) n+1 [a, b] n + 1 tane x, x 0, x 1,..., x n noktas nda s f r olur. Rolle teoreminden dolay, (a, b) içinde φ 0 en az n + 1 tane farkl s f ra, φ 00 en az n tane farkl s f ra, φ (n+1) en az bir tane ξ x s f r na sahiptir. O halde dir. Buradan φ (n+1) = f (n+1) p (n+1) λw (n+1) = f (n+1) (n + 1)!λ 0 = φ (n+1) (ξ x ) = f (n+1) (ξ x ) (n + 1)!λ = f (n+1) f (x ) p(x ) (ξ x ) (n + 1)! w (x )

1 Polinom Interpolasyonu Polinom Interpolasyonunda Hata Örnek E¼ger f (x) = sin x fonksiyonuna [0, 1] aral ¼g ndaki on noktada 9. dereceden bir interpolasyon polinomu ile yaklaş l rsa, bu aral ktaki hata ne kadar büyük olabilirir? Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 19 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Polinom Interpolasyonunda Hata Örnek E¼ger f (x) = sin x fonksiyonuna [0, 1] aral ¼g ndaki on noktada 9. dereceden bir interpolasyon polinomu ile yaklaş l rsa, bu aral ktaki hata ne kadar büyük olabilirir? Çözüm Bu sorunun yan t için Teorem 2 deki Denklem (13) ü kullanal m. Aç kça f (10) (ξ x ) 1 ve 9 i=1 jx x i j 1 dir. Böylece, her x 2 [0, 1] için, olur. jsin x p(x)j 1 7 < 2.8 10 10! Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 19 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Polinom Interpolasyonunda Hata Teorem (Chebyshev Polinomlar ) [ 1, 1] aral ¼g ndaki x ler için, Chebyshev polinomlar kapal -form ifadesine sahiptir. T n (x) = cos(n cos 1 x) (n 0) jt n (x)j 1 ( 1 x 1) T n cos jπ n = ( 1) n (0 j n) T n cos 2j 1 2n π = 0 (1 j n) Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 20 / 21

1 Polinom Interpolasyonu Polinom Interpolasyonunda Hata Teorem ( Interpolasyon Hatas, Chebyshev Nodlar ) E¼ger x i nodlar T n+1 Chebyshev polinomunun kökleri ise, bu durumda Teorem 2 deki hata formülü, (jxj 1 için) jf (x) p(x)j 1 2 n (n + 1)! max f (n+1) (t) jtj1 şeklini al r. Nuri ÖZALP (Ankara Üni.) NÜMER IK ANAL IZ BÖLÜM 4 7! FONKS IYONLARA YAKLAŞIM 21 / 21