Файл: Малоземов В.Н. Совместное приближение функции и ее производных.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 02.08.2024

Просмотров: 67

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

п т ( р — 1)

Заменим в неравенстве (Б.20) п. на N =

возведем его в степень р. Тогда получим

 

 

 

 

 

а р

 

 

х р + ^

Csp ( - \ ) sx p- sx {2m+1)sQ%{x2)

<

- Л т

 

 

 

~ЙР'

 

или

 

 

 

 

 

 

X

х Р-\-Ъп 2

s - \ n s !х Ц т (J -1 )

 

лР

(Б.21)

( — 1 ) J _ 1 C

 

( р

S =

1

 

 

 

 

 

 

Сумма, стоящая в левой части последнего неравенства, есть полином относительно х2 степени не выше т (р I) + N p ^ n . Обозначим его через Pn(z). Полином Pn {z) — требуемый. Дей-, ствителы-ю, в силу (Б.21)

\ х Р- Х Р+2тРп{х2) \ ^ < Np

Осталось заметить, что

J_

< J _ . ______ 1’______. ________P_______ L <

N

n n — m(p— 1). j

j

m (p

l) + p n

'''•

 

p

 

n

 

 

<p(m(p—\)+p+ 1 ) - ^ .

Теорема доказана.

С л ед с т в и е . При любых натуральных p, m и п найдется алгебраический полином Qn(x) степени не выше п такой, что для X œ [0, 1] будет

\x r - XP+”Qn(x ) \< ± bfL .

Д о к а з а т е л ь с т в о . Достаточно в теореме Б.2 заменить р на 2р и X 2 на х.

В.Кратное интерполирование

1.Пусть заданы числа

■*і. Уі.У{1).---.у{в,“ 1),

*2. У2>У ^ , - - - > У ^ _1),Х

(V -1)

Хт> У«. Уй}. ■ ••- Ут


т

и пусть У аг = /г+ 1 . Требуется построить алгебраический по-

і= 1

лином Ln (X) степени не выше п такой, что

(а*) = yik) ( s e [ l : m ] , £<=[0 :0, — 1 ]).

Поставленная задача разрешима и притом единственным образом. Это следует из того, что линейная относительно коэф­

фициентов полинома Ln (x) однородная система (ад) = О имеет только нулевое решение, ибо полиномом n-й степени, имеющим с учетом кратности п+1 нуль, может быть только по­ лином, тождественно равный нулю.

Очевидно, L„ (х) может быть представлен в виде

 

 

 

 

 

 

т

аі~1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

Ln{x)= У

У у \» Н і}{х),

 

(В.1 )

 

 

 

 

 

іТ і f T О

 

 

 

 

 

 

где Ніі{х) — полиномы

/г-н степени,

определяемые условиями

 

 

 

 

 

0,

если

s Ф і,

Ігф j,

 

 

 

 

 

 

[*.)

 

0,

если

s =

г,

 

 

 

 

 

 

 

 

1,

если

s =

г,

k — j.

 

 

Действительно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГП аі 1

 

 

 

а -1

 

 

 

 

 

 

’M “2 2 Л Л 'М “ 2 yWM-y?’.

 

 

 

I = 1 j = о

 

 

 

у=0

 

 

 

 

 

 

Покажем, что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н

(х \

— 1

Q 0-')

‘ у

 

1 [ (■* — -*г)иЛ (ѵ)

f r

— x V 1

(R 9)

'

Л

(х-Х;)°Г'

2 і

 

ѵ!|_ Q(JC)

 

Іѵ^д-Л^

Xi)

(B-2)

 

 

 

v

u

-1= 0

 

 

 

 

1

 

 

где

2 (A') =

fl (A — A;)“

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/ <= 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть яфі. Так как

Ни (х)'= (а — AJ)a^Qy (а), где Qij{x)

полиномы степени п — as, то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H if (Ai) = 0 для

£<= [0 :as — Г], / е

[0 :ог — 1].

 

Далее Нц {х) = Хі)іРі}{х) ; отсюда

 

 

 

 

 

 

 

 

H tf (а,-) = 0

для k е

[0 :j

— 1 ].

 

 

 

Осталось показать, что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н \Н х і) = 1;

Н ${ { х і)

=

0 для

kf=[j +

1 :о( — 1].

(В.З)


По формуле Лейбница для й-й производной от произведения двух функций получим

/

/

(

*

)

 

(

Г

й(л)

П

]

P W " 1

1

[(А-АгУО(V)

 

 

 

ѵ

 

 

 

 

V

-

 

Q(x)

L

 

Ml}

 

~w

Л W

 

.(х— *йХ

L

J U

V !

 

Jѵ=і- Х

 

 

 

 

 

 

 

V —

0

 

 

 

 

 

 

 

 

■‘+J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s (Л

(ft-P)

j

 

X (X — Х,;)Ѵ

 

 

 

 

 

р =}

 

x{fl ,v- = .v;

(P—J) ! X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(P-J)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

{X — Xifi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S {X)

 

JA- = Xt p\

 

 

 

 

 

Воспользуемся равенством

 

c kCjp =

CJkCpkZjj. Это даст

 

 

и « 1w

=

c i

2

 

е д

j Г

 

a

W

1(ft-P)

(x Xjfl

(p - i )

 

 

 

J

[(X-

Xi) \ X= X, L

Й ( Л

J

 

 

 

 

 

 

p=y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

.

k~J .

 

Г

SW

 

J(ft- j - 1) Ux-xtfï](0

 

 

 

Ci

У

c i - J

 

 

 

 

 

 

 

JBOi

 

 

(JC— Xi)al_x = xl

 

Ol

Я4

 

 

 

 

 

 

 

1 = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

-

W I d k ~

 

J

 

 

a (x)

 

(x xi)ai

 

 

 

 

 

 

 

— bft

 

 

 

(.X —Xifl

a W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dxb-j

 

 

 

 

 

 

откуда и следует

(В.З). Утверждение доказано.

jct= —1;

х2=1; аі =

2.

Рассмотрим

 

частный

случай: т = 2;

= а2= г+ 1 .

В

силу (В.1)

и (В.2)

получим

следующее

пред­

ставление для интерполяционного полинома:

 

 

 

 

 

 

L2r+iW =

2

(1 — *2У [y[»ar. (x) +

yU)brJ {x)),

(B.4)

 

 

 

 

 

j =;°

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

arj(x)

и brj(x) — некоторые

алгебраические полиномы сте­

пени не выше 2 j) +1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г.Модули непрерывности

1.Пусть f(x) — непрерывная на отрезке .[а, Ъ] функция. Положим

ш(8) = о) (/;

8) =

sup | / (-»Ci) —/ ( * 3) 1 ,

 

I -^i —''’a ! ^ 3

 

х 1гл\л<=[а} Ь]

где 0 ^ ô < oo. Функция

со(Ô)

называется модулем непрерыв­

ности функции f(x). Модуль

непрерывности обладает следую­

щими свойствами:

 

 

I.со(0) =0;

II.со (б) не убывает с ростом ô;

III.Для любых неотрицательных ôi и б2

ш(^і + 83) о* (8j)-J-<о (82);

IV. со(ö) непрерывен на [0, оо].



Первые два свойства очевидны из определения.

Докажем третье свойство. Пусть \х і— x2|^ ô r f ô 2 и для определенности a ^ x 1^Zx2^ b . Тогда найдется1точка х, Xi^.x^Zx2, такая, что \х\— x |^ Ô i, |х — х2|^ б 2. Действительно, можно положить

- _( Хо, если х 2Хі

( Х[ +

&і в противном

случае.

 

 

Теперь имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

I/ (-И) — / (х2) I <

I /

(х і) -

f ( x ) I +

I / (х) - /

{х2)I <

откуда и следует III.

 

w (°і) +

№(8а),

 

 

 

 

 

 

свойства

IV,

замечаем

прежде

Переходя к доказательству

всего, что со(ô) непрерывен в нуле справа в

силу

равномерной

непрерывности f(x) на

[а, 0].

Непрерывность ■а> (б) в

любой

точке б>0 следует из неравенства

 

 

 

 

 

|ш(8і) — “ (S2)

| 0

(I8I — 8з і ),

 

(Г.1)

которое легко выводится из III.

 

 

 

 

 

 

. Класс функций, удовлетворяющих условиям I — IV, будем обозначать через й. Таким образом, любой модуль непрерыв­ ности принадлежит й. Справедливо в некотором смысле обрат­ ное утверждение: функция, обладающая свойствами I—IV, является модулем непрерывности самой себя.

'Действительно, нужно проверить, что

 

sup

(со (xj) — ш(х2) I =

(и (о).

 

 

(Г.2)

 

I Л', -

х, I

« 8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л-,,х, > 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

Но в силу

(Г.1) I си (ucj) — ш(х2) |<! ш (8).

С

другой

стороны,

J со (о) — ш(0) J = со (8). Последние два соотношения

равносильны

(Г.2). Заметим, что если ш е

й, то

 

 

 

 

 

 

 

 

ш {по)

дсо (о)

при натуральных п,

 

 

(Г.З)

oj (Х8) < (X +

1 ) ш (8) при

вещественных

А,

(Г.4)

И® (°2) ^

2S2io (6Х)

при любых 82> 8 ,> 0 .

(Г.5)

Неравенство

(Г.З)

следует

из III;

(Г.4)

легко

выводится

из

(Г.З):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

со (Х8) <

со (([X] +

1) В )< ([X] +

1) ш (о) <

(X +

 

1) ш (8),

 

Неравенство

(Г.5)

очевидно

при

ô[ = 0.

Если

же

ôj>0,

то

в силу (Г.4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ojco (82) = Si“ h r 8і I < 8і h r + 1J c° (и) =

= (8, + 82) w (SJ < 283w (8J,

что и требовалось установить.

100