插值求导法

如题所述

按照数学上的定义,一阶导数

地球物理数据处理基础

那么,对于已知f(x)在区间[a,b]上等距的n+1个节点a=x0<x1<x2<…<xn=b的观测值f0,f1,f2,…,fn,如果精度要求不高,我们可以简单地取差商作为导数的近似值,这样便建立起一种用差商表示微分的方法:

地球物理数据处理基础

类似的,也可用向后和中心差商作近似运算:

地球物理数据处理基础

其实,中心差商式(7-19)是向前差商式(7-17)和向后差商式(7-18)的平均值

因此,用差商的方法求数值微分是将导数计算归结为计算f(x)在若干节点上的函数值。下面,我们来分析差商法计算微分的误差,将f(x)在x=xi处作泰勒级数展开有

地球物理数据处理基础

将上式代入式(7-19)右端项,得

地球物理数据处理基础

由此可知,从截断误差的角度分析,步长h越小,计算结果越精确。但当h很小时,f(xi+h)与f(xi-h)很接近,直接相减会造成有效数字的严重损失,因此从舍入误差的角度来看,步长h是不宜太小的。下面的例子就很能说明该问题。

[例1]已知 请用中心差商公式求在x=2处的一阶导数,保留4位有效数字,计算结果见表7-1(导数的准确值f′(2)=0.353553)。

表7-1 不同步长的导数计算结果

可见,h=0.1时的逼近效果最好,步长太小,反而逼近的效果越来越差。因此,应综合考虑两种误差因素,选取h要适当。

温馨提示:答案为网友推荐,仅供参考
相似回答