Введение

Полиномиальная интерполяция с использованием значений производных
В численном анализе интерполяция Гермита, названная в честь Шарля Эрмита, является методом полиномиальной интерполяции, обобщающим интерполяцию Лагранжа. Интерполяция Лагранжа позволяет вычислить многочлен степени меньше n, принимающий то же значение в n заданных точках, что и заданная функция. В отличие от этого, интерполяция Гермита вычисляет многочлен степени меньше mn, такой, что сам многочлен и его первые m-1 производных принимают те же значения в n заданных точках, что и заданная функция и ее первые m-1 производных. Метод интерполяции Гермита тесно связан с методом интерполяции Ньютона, поскольку оба метода основаны на вычислении разделенных разностей. Однако существуют и другие способы вычисления интерполирующего многочлена Гермита. Можно использовать линейную алгебру, рассматривая коэффициенты интерполирующего многочлена как неизвестные и представляя ограничения, которым должен удовлетворять интерполирующий многочлен, в виде линейных уравнений. Другой метод описан в .

Описание проблемы

Интерполяция Эрмита заключается в вычислении полинома наименьшей возможной степени, который совпадает с неизвестной функцией как по значениям в заданных точках, так и по значениям её первых m производных в этих точках. Это означает, что необходимо знать n(m + 1) значений. Получаемый полином имеет степень меньше n(m + 1). (В более общем случае не требуется, чтобы m было фиксированным значением; то есть, для некоторых точек может быть известно больше производных, чем для других. В этом случае степень полученного полинома меньше числа заданных точек.) Рассмотрим полином P(x) степени меньше n(m + 1) с неопределенными коэффициентами, то есть коэффициенты P(x) являются n(m + 1) новыми переменными. Затем, записывая условия, которым должен удовлетворять интерполирующий полином, получаем систему из n(m + 1) линейных уравнений с n(m + 1) неизвестными. В общем случае такая система имеет единственное решение. Шарль Эрмит доказал, что это действительно так, при условии, что точки попарно различны, и предложил метод для его вычисления, который описан ниже.

Ошибка

Назовите вычисленный полином H и исходную функцию f. При вычислении значения в точке x, функция ошибки определяется как

где c – неизвестная величина в диапазоне [a, b], K – общее количество точек данных, а m – число известных производных в каждой точке плюс один.