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
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)) |
[Е- / 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 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ - |
Q«, ( / ) = |
(£ - |
Дѵ,, +,) (®,) = |
/ {в - |
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.