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: 73

Скачиваний: 0

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

Значит.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I Л, (cos (* +

e

)

)

+

i)| ' ( « | <z | + 2)X(

a

|

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.7)

Положив

x'= cos0,

где 0 <

Ѳ<

л,

воспользуемся

соотноше­

ниями (3.6) и (3.7). Получим

 

 

 

 

 

 

 

 

IК (л:) I<

22г-Ил2

 

/1 -

+

 

VT-

+

 

X

т- ѵт- ■XJ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

nz

 

2Г+4

 

 

X

(л|г) +

Г)г(«1г| + 2)

~2~‘

dz.

 

 

n sin

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Остается заметить, что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

nz

2r+4

 

 

22г+4и

 

 

 

 

 

dz

 

( д | г | + ' 1 ) Г(/г[г( + 2)|

 

 

 

 

 

 

 

4 _ 2 ^ V L

(2/iz -f- 1)г (2/12 + 2)

0

< 4 тг2г+3 1 (2и + \y (2u + 2 ) i ç ^ - ^ Adu = A?\.

о

Лемма доказана.

3. Следующее утверждение примыкает к лемме 3.1. Оно б дет использовано при доказательстве теоремьі 3.1.

Лемма 3.4. Пусть Рп(х) — алгебраический полином степени не выше п и ѵ натуральное число. Если для х е ( —1,1)

I р п (JC) I <У 1 — х*

Ÿ \ —х*

( V 1 — л2 , 1

(3.8)

+

0) I------------ {--- -

\

п

1 /7-

 

где ш е Q, то для всех х е

[—1,1] будет

кт-:

 

 

 

 

/г3

 

 

 

 

 

 

Константа Л*2) зависит только от ѵ.


Доказательство проведем индукцией по ѵ. Пусть V = 1. Если IX | < 1 — ^ , то

Ѵ\ — Х2

^

 

 

 

 

К

 

пѴ і

1+

 

 

-С 1 +

Л

 

 

 

 

 

 

 

 

— х?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

• < 3 .

 

 

 

 

 

(3.9)

 

 

 

 

 

 

 

п'Ѵ1 - 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отсюда и из (3.8) следует, что при ѵ=1

и |л:|<; 1 — ^

выпол-

няется требуемое неравенство

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

■ К

 

К

l < 3 « o ( Æ ^

+ 4 r) .

 

 

 

(ЗЛО)

Осталось рассмотреть случай

1 —

<

( х |

1.

 

 

Положим

 

Q„ (г) = Рп^1 —

,

где г е

[—1,1].

 

 

Тогда в силу

(3.10)

и

неравенства ] / а +

b

 

 

+ Y b ,

спра­

ведливого для любых неотрицательных а и Ь, получим

 

 

Qn(2 ) К

 

З

«

1

2/7=

z

=

 

 

к <>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зш

V ' - ^ + W

 

, 1

 

( . К К + Л г і -

 

(3.11)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К полиному - g 'Q„ (г) применим лемму 3.3 при

*■

 

даст

г= 0. Это

В силу леммы 3.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I Q/i ( z )

I

6A

QÂ

O ^/1~U) (— 'j,

2 œ . [— 1,1].

 

 

Учитывая,

 

что

Q„ (г) =

( 1----Р'„ [{1 —

 

 

 

}z),

записы­

ваем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

шах

 

I Р'п (х) I <

 

2 . . . I

/

1

-

 

 

 

 

 

12Д04 Ѵ «

 

г

 

 

 

U K i - - ^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

откуда в силу теоремы Б.1 следует, что

 

 

 

 

 

 

 

шах

 

I Рп (х) I <

 

ігААо-Ло'Ѵш

= Лі/г2ш

,

(3.12)

где Л1 — абсолютная константа.

 

 

 

 

 

 

 

 


I Р„ (X) I =

\ р п { х ) ~ р п (\ -

 

-*У1 +

Рп f

-l

і

 

 

 

 

j"

P n (z ) d z Q n(\)

<

 

 

 

 

 

 

2na

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

n-

 

 

При \’ = 1 лемма доказана.

леммы имеет

место

при всех

Допустим, что утверждение

и докажем его справедливость при ѵ = /г + 1.

 

 

 

 

Если | а | <! 1---- ^ ,

то в силу

(3.8) и (3.9)

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

п

+'

 

11-

 

(3.13)

Положим Qn (z) — Рп[[і —

 

г ] . Также,

как

и

раньше

(см. (3.11)), показывается, что для всех г е

[—1,1]

 

 

 

ІО,Л2) К

 

п

1

ti­

ll

Р

+

'

пг

 

з .2 * + '( £ ІН 2 +

Т ) ' »

( ^

 

1

 

Применяя последовательно лемму 3.3 и индуктивное предпо­

ложение, при «= 1 , 2 , . . . , А и г е

[—1, 1] получаем

 

 

Qhs) (г)1<Д (,)^У1 - . 2*

.

1

У"* „ f / 1 -г*

,

1

(3.14)

 

ы

п

+ ■

 

п

'

II-

 

 

 

'

п-

 

Кроме того, в силу лемм 3.3 и 3.1

 

 

 

 

 

 

[(З Г , , И І < / 1 Г ,,Л . ( А ) .

 

 

 

Поскольку

Q(n'-1(г) = ^1 — - ~ J Р У

2,ï- z

,

то

 

.

max

!РІй+1)(а) |< 2 а+1^

+1)и2шШ

,

 

1-ѵI ^ 1 —1JF

 

 

 

 

 

 

 

так что в Силу теоремы Б.1

 

 

 

 

 

 

 

 

max

 

 

 

 

2 / 1

 

(3.15)

 

I Pik+1) (а) I < 2 6+1Д ^+1)Д/г:ш

/г-

 

л-е 1-1,1}

 

 

 

 

 

 


I P n{k) (*)| =

P 'ft+1) (г) dz +

Q ^O )

< А [к\

 

1 -

1 \k

 

 

 

2/i-

 

 

 

2пй

 

 

 

 

Аналогично показывается, что

 

 

 

 

и в общем случае

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.16)

где s = l, 2,..., k

и 1— 2^г < ; | л | < ; і . Воспользуемся

неравен­

ством (3.16) при s = k. Это дает

 

 

 

 

 

\Рп{ х ) \ К А ? 1

М

<

 

 

 

„2Й Ш п

 

 

 

< а Р

( П ^ + 2 г) \ ( Ѵ Ш

2 +

(3.17)

 

 

 

 

/г2

 

Объединив (3.13) и (3.17), получим требуемое. Лемма доказана.

Теорема 3.1. Если алгебраический полином Рп {х) степени не выше п на отрезке [—1, 1] удовлетворяет неравенству

i ‘„i.'t)

< i

V ' - *

+ ±

, 1

~ h ------

 

1

п

~ /г2

где у натуральное число и X ее [—1,1] будет *

P W

(•*)!< а

V I л2

n

 

 

Кроме того,

 

 

со G £Î ,

го для

ecejc s œ [1 : ѵ] и

 

s

 

1

n2

Ш

+

rfi / ■

Pn+l) {x) I < A,/Tu> A

Константа Ач зависит только от v.

Доказательство очевидным образом следует из лемм 3.3,

3.4и 3.1.

*Ю. А. Б р у д н ы й [3]. См. также [30], стр. 234—239.


 

§ 4. Обобщение теоремы А. Ф. Тимана

 

 

1.

В § 1 был введен оператор ЯЛ,Ѵ( /;

л), ставящий в соот

ветствие непрерывном на отрезке

[—1, 1]

функции f(x)

алгеб­

раический полином степени не выше (ѵ+ 1 ) (N — 1). Полиномы

Pjsnif) х)

использовались для аппроксимации f{x).

[—1, 1]

Допустим теперь, что функция f(x)

имеет на отрезке

непрерывную r-ю производную, и построим

полиномы, прибли­

жающие эту функцию вместе

со

всеми

ее

производными

до

г-го порядка включительно. Для этого положим

 

 

QN‘r ( / ) = / -

[Е - PNt, + О ( Ï Ï

/ (£ -

Р„' , _ ,)) ( / (г)) =

 

=

/ ~ {Е - Р„,г +1) [I[Е -

PNr))

- / Р„,г.г)]

■ •

 

 

. . . [ / ( Д - Р л м ) ] ( / (г)),

 

 

 

где Е —-тождественный

оператор

и

I — оператор интегри­

рования:

/(/;'*)=

Jf V ) d t .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

—1

 

 

 

 

 

 

Лемма 4.1. Функция

Q^r (Î: х) является алгебраическим по­

линомом степени не выше (/'+2) (N — 1) +г.

 

 

 

Д о к а з а т е л ь с т в о . Введем обозначения

 

 

 

Фо = / <г);

Ф* =

1{Е -

Pm) (Ф*-.),

ke=[l:r[.

 

 

В этом случае

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/ -

, ( / ) =

(£ -

Дѵ,, +,) (®,) =

/ -

РЯг) (« ,.,) -

 

 

 

 

 

 

 

 

І

г - ‘ р л, (+1(Ф ,)-

W ( E - P m ) ( % ) - 2

£= 1

так что

*

« » ( / ) = - і / - / г( / и ) ] + 2

k= о

k= Г — 1

г— £

<4- »

(« >

Из (4.2) следует, что QWr(f; я) является алгебраическим по­ линомом, степень которого не превосходит максимальное из чи­ сел г -- 1 и (k + 2) (N — \) +г k при [0 : г]. Значит, Q/v>(f; х) имеет степень, не больше (г+2) {N— 1)+г.

Лемма доказана.