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牛頓插值公式

鎖定
當只知道函數在一些節點的位置卻不知道函數具體的表達式時,我們可以利用代數插值方法給出函數的近似形式。常用的插值公式有拉格朗日插值、牛頓插值、埃米爾特插值及樣條插值等等。
牛頓(Newton)插值公式是代數插值方法的一種形式。牛頓插值引入了差商的概念,使其在插值節點增加時便於計算。
中文名
牛頓插值公式
外文名
Newton interpolation formula
提出者
牛頓
應用學科
數學,計算力學
牛頓插值公式(Newton interpolation formula)是代數插值方法的一種形式。牛頓插值引入了差商的概念,使其在插值節點增加時便於計算。

牛頓插值公式差商

設函數
,已知其n+1個插值節點為
,我們定義:
的零階差商為
在點
的一階差商為
在點
的二階插商為
一般的,
在點
的k 階差商為
可將k階差商
表示為函數值
的組合:

牛頓插值公式公式推導

先寫出
的各階差商:
分別變形可得:
依次代入,可得牛頓插值公式:
可記為:
其中,
為牛頓插值公式的餘項或截斷誤差,當n趨於無窮大時為零。 [1] 

牛頓插值公式等間距插值公式

取節點間距為h,可導出等間距牛頓插值公式。(以向前差分為例) [2] 
的n 階向前差分公式為:
等間距牛頓插值公式:

牛頓插值公式實例

圖1為給定節點值利用牛頓插值擬合函數值得實例 [2] 
圖1 牛頓插值算例 圖1 牛頓插值算例

牛頓插值公式公式意義

牛頓插值作為一種常用的數值擬合方法,因其計算簡單,方便進行大量插值點的計算,且邏輯清楚,便於編程計算,在實驗分析中具有廣泛的應用。
特別是實驗中經常出現只能測量得到離散數據點的情況,或者只能用數值解表示某對應關係之時,可以使用牛頓插值公式,對離散點進行擬合,得到較為準確的函數解析值。
參考資料
  • 1.    馬昌鳳編著. 現代數值分析 MATLAB版[M]. 北京:國防工業出版社, 2013.03.106頁
  • 2.    張善傑.實用計算方法:南京大學出版社,2003年1月