लैग्रेंज बहुपद: Difference between revisions

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{{short description|Polynomials used for interpolation}}
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[[Image:Lagrange polynomial.svg|thumb|upright=1.5|यह चित्र चार बिंदुओं के लिए दिखाता है (<span style= color:#5e81B5; >(−9, 5)</span>, <span style= color:#e19c24; >(−4, 2)</span>, <span style= color:#8FB131; >(−1, −2)</span>, <span style= color:#EC6235; >(7, 9)</span>), (घन) प्रक्षेप बहुपद < स्पैन स्टाइल = रंग: काला; >L(x)</span> (धराशायी, काला), जो स्केल किए गए आधार बहुपदों का योग है <span style= color:#5e81B5; ><sub>0</sub>ℓ<sub>0</sub>(x)</span>, <span style= color:#e19c24; ><sub>1</sub>ℓ<sub>1</sub>(x)</span>, <span style= color:#8FB131; ><sub>2</sub>ℓ<sub>2</sub>(x) </span> और <span style= color:#EC6235; ><sub>3</sub>ℓ<sub>3</sub>(एक्स)</span>। प्रक्षेप बहुपद सभी चार नियंत्रण बिंदुओं से होकर गुजरता है, और प्रत्येक स्केल्ड आधार बहुपद अपने संबंधित नियंत्रण बिंदु से गुजरता है और 0 है जहां x अन्य तीन नियंत्रण बिंदुओं से मेल खाता है।]][[संख्यात्मक विश्लेषण]] में, लैग्रेंज इंटरपोलेटिंग [[बहुपद]] एक बहुपद की निम्नतम डिग्री का अनूठा बहुपद है जो बहुपद डेटा के एक सेट को प्रक्षेपित करता है।
[[Image:Lagrange polynomial.svg|thumb|upright=1.5|यह चित्र चार बिंदुओं (<span style= color:#5e81B5; >(−9, 5)</span>, <span style= color:#e19c24; >(−4, 2)</span>, <span style= color:#8FB131; >(−1, −2)</span>, <span style= color:#EC6235; >(7, 9)</span>), के लिए दिखाता है (घन) अंतर्वेशन बहुपद L(x) (असतत, काला), जो प्रवर्धित किए गए आधार बहुपदों <span style= color:#5e81B5; >y<sub>0</sub>ℓ<sub>0</sub>(x)</span>, <span style= color:#e19c24; >y<sub>1</sub>ℓ<sub>1</sub>(x)</span>, <span style= color:#8FB131; >y<sub>2</sub>ℓ<sub>2</sub>(x)</span> और <span style= color:#EC6235; >y<sub>3</sub>ℓ<sub>3</sub>(x)</span> का योग है। अंतर्वेशन बहुपद सभी चार नियंत्रण बिंदुओं से होकर गुजरता है, और प्रत्येक प्रवर्धित आधार बहुपद अपने संबंधित नियंत्रण बिंदु से गुजरता है और जहां 0 और x अन्य तीन नियंत्रण बिंदुओं से समान है।]][[संख्यात्मक विश्लेषण]] में, '''लैग्रेंज अंतर्वेशन [[बहुपद]]''' की निम्नतम कोटि का अद्वितीय बहुपद है जो बहुपद डेटा के समुच्चय को प्रक्षेपित करता है।
 
किसी फलन के ग्राफ़ के डेटा समुच्चय को देखते हुए <math>(x_j, y_j)</math> के साथ निर्देशांक युग्म <math>0 \leq j \leq k,</math> <math>x_j</math> को नोड कहा जाता है और <math>y_j</math> मान कहलाते हैं। लैग्रेंज बहुपद <math>L(x)</math> कोटि <math display=inline>\leq k</math> है और प्रत्येक मान <math>L(x_j) = y_j</math> को संबंधित बिन्दु पर मान लेता है।  


किसी फ़ंक्शन के ग्राफ़ के डेटा सेट को देखते हुए <math>(x_j, y_j)</math> साथ <math>0 \leq j \leq k,</math>  <math>x_j</math> नोड कहलाते हैं और <math>y_j</math> मान कहलाते हैं। लैग्रेंज बहुपद <math>L(x)</math> डिग्री है <math display=inline>\leq k</math> और प्रत्येक मान को संबंधित नोड पर मानता है, <math>L(x_j) = y_j.</math>
हालांकि इसका नाम [[जोसेफ-लुई लाग्रेंज]] के नाम पर रखा गया, जिन्होंने इसे 1795 में प्रकाशित किया था,<ref>
हालांकि इसका नाम [[जोसेफ-लुई लाग्रेंज]] के नाम पर रखा गया, जिन्होंने इसे 1795 में प्रकाशित किया था,<ref>
{{cite book |last=Lagrange |first=Joseph-Louis |author-link= Joseph-Louis Lagrange |title=Leçons Elémentaires sur les Mathématiques |language=fr |year=1795 |chapter=Leçon Cinquième. Sur l'usage des courbes dans la solution des problèmes |place=Paris}} Republished in {{cite book |last=Lagrange |first=Joseph-Louis |editor-last=Serret |editor-first=Joseph-Alfred |editor-link=Joseph-Alfred Serret |display-authors=0 |title=Oeuvres de Lagrange |year=1877 |volume=7 |publisher=Gauthier-Villars |pages=[https://archive.org/details/oeuvresdelagrang07lagr/page/271 271–287] }} Translated as {{cite book |last=Lagrange |first=Joseph-Louis |display-authors=0 |translator-last=McCormack |translator-first=Thomas J. |title=Lectures on Elementary Mathematics |edition=2nd |publisher=Open Court |year=1901 |chapter=Lecture V. On the Employment of Curves in the Solution of Problems |chapter-url=https://archive.org/details/lecturesonelemen00lagriala/page/127 |pages=127–149}}</ref> विधि पहली बार 1779 में [[एडवर्ड वारिंग]] द्वारा खोजी गई थी।<ref>{{cite journal
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  |title=Problems concerning interpolations
  |title=Problems concerning interpolations
  |first=Edward |last=Waring |author-link=Edward Waring
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  | journal=Proceedings of the IEEE | volume=90 | issue=3 | pages=319–342
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  | url = http://bigwww.epfl.ch/publications/meijering0201.pdf}}</ref>
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लैग्रेंज बहुपदों के उपयोग में न्यूटन-कोट्स सूत्र शामिल हैं। न्यूटन-कोट्स [[संख्यात्मक एकीकरण]] की विधि और शमीर की गुप्त साझाकरण। [[क्रिप्टोग्राफी]] में शमीर की गुप्त साझाकरण योजना।


समस्थानिक नोड्स के लिए, लैग्रेंज इंटरपोलेशन बड़े दोलन की रूंज की घटना के लिए अतिसंवेदनशील है।
लैग्रेंज बहुपदों के उपयोग में न्यूटन-कोट्स सूत्र सम्मिलित हैं। न्यूटन-कोट्स [[संख्यात्मक एकीकरण]] की विधि और [[क्रिप्टोग्राफी]] (कूटलेखन) में शमीर की गुप्त साझाकरण योजना सम्मिलित है।
 
समस्थानिक नोड्स के लिए, लैग्रेंज अंतर्वेशन बड़े दोलन की रूंज की घटना के लिए अतिसंवेदनशील है।


== परिभाषा ==
== परिभाषा ==
का एक सेट दिया <math display=inline>k + 1</math> नोड्स <math>\{x_0, x_1, \ldots, x_k\}</math>, जो सभी अलग-अलग होने चाहिए, <math>x_j \neq x_m</math> सूचकांकों के लिए <math>j \neq m</math>, डिग्री के बहुपदों के लिए लैग्रेंज आधार <math display=inline>\leq k</math> उन नोड्स के लिए बहुपदों का समूह है <math display=inline>\{\ell_0(x), \ell_1(x), \ldots, \ell_k(x)\}</math> प्रत्येक डिग्री <math display=inline>k</math> जो मान लेते हैं <math display=inline>\ell_j(x_m) = 0</math> अगर <math display=inline>m \neq j</math> और <math display=inline>\ell_j(x_j) = 1</math>. [[क्रोनकर डेल्टा]] का उपयोग करके इसे लिखा जा सकता है <math display=inline>\ell_j(x_m) = \delta_{jm}.</math> प्रत्येक आधार बहुपद को उत्पाद द्वारा स्पष्ट रूप से वर्णित किया जा सकता है:
<math display=inline>k + 1</math> नोड्स <math>\{x_0, x_1, \ldots, x_k\}</math> का एक समुच्चय दिया दिया गया है, जो सभी अलग-अलग होने चाहिए, <math>x_j \neq x_m</math> सूचकांकों <math>j \neq m</math> के लिए, कोटि के बहुपदों के लिए लैग्रेंज आधार <math display=inline>\leq k</math> उन नोड्स के लिए बहुपदों <math display=inline>\{\ell_0(x), \ell_1(x), \ldots, \ell_k(x)\}</math>का समूह है प्रत्येक कोटि <math display=inline>k</math> जो मान लेते हैं <math display=inline>\ell_j(x_m) = 0</math> यदि <math display=inline>m \neq j</math> और <math display=inline>\ell_j(x_j) = 1</math> [[क्रोनकर डेल्टा]] <math display="inline">\ell_j(x_m) = \delta_{jm}</math> का उपयोग करके इसे लिखा जा सकता है। प्रत्येक आधार बहुपद को गुणनफल द्वारा स्पष्ट रूप से वर्णित किया जा सकता है:


<math display=block>\begin{aligned}
<math display=block>\begin{aligned}
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&= \prod_{\begin{smallmatrix}0\le m\le k\\ m\neq j\end{smallmatrix}} \frac{x-x_m}{x_j-x_m}.
&= \prod_{\begin{smallmatrix}0\le m\le k\\ m\neq j\end{smallmatrix}} \frac{x-x_m}{x_j-x_m}.
\end{aligned}</math>
\end{aligned}</math>
ध्यान दें कि अंश <math display=inline>\prod_{m \neq j}(x - x_m)</math> है <math display=inline>k</math> नोड्स पर जड़ें <math display=inline>\{x_m\}_{m \neq j}</math> जबकि भाजक <math display=inline>\prod_{m \neq j}(x_j - x_m)</math> परिणामी बहुपद को स्केल करता है ताकि <math display=inline>\ell_j(x_j) = 1.</math>
ध्यान दें कि अंश <math display=inline>\prod_{m \neq j}(x - x_m)</math> मे <math display=inline>k</math> नोड्स पर <math display=inline>\{x_m\}_{m \neq j}</math> मूल पद है जबकि भाजक <math display=inline>\prod_{m \neq j}(x_j - x_m)</math> परिणामी बहुपद को प्रवर्धित करता है ताकि <math display=inline>\ell_j(x_j) = 1.</math>
संबंधित मानों के माध्यम से उन नोड्स के लिए लैग्रेंज इंटरपोलेटिंग बहुपद <math>\{y_0, y_1, \ldots, y_k\}</math> रैखिक संयोजन है:
 
संबंधित मानों के माध्यम से उन नोड्स के लिए लैग्रेंज अंतर्वेशन बहुपद <math>\{y_0, y_1, \ldots, y_k\}</math> रैखिक संयोजन है:
 
<math display="block">L(x) = \sum_{j=0}^{k} y_j \ell_j(x).</math>
प्रत्येक आधार बहुपद की कोटि <math display="inline">k</math> होती है इसलिए योग <math display="inline">L(x)</math> की कोटि <math display="inline">\leq k</math> है, और यह डेटा को प्रक्षेपित करता है क्योंकि
 
<math display="inline">L(x_m) = \sum_{j=0}^{k} y_j \ell_j(x_m) = \sum_{j=0}^{k} y_j \delta_{mj} = y_m.</math>
 
अंतर्वेशन बहुपद अद्वितीय है। प्रमाण: मान लें कि डिग्री का बहुपद <math display="inline">M(x)</math> कोटि <math display="inline">\leq k</math> डेटा को प्रक्षेपित करता है। फिर शेष <math display="inline">M(x) - L(x)</math> पर <math display="inline">k + 1</math> विशिष्ट नोड्स <math display="inline">\{x_0, x_1, \ldots, x_k\}</math> शून्य है। लेकिन कोटि का एकमात्र बहुपद <math display="inline">\leq k</math> से अधिक के साथ <math display="inline">k</math> मूल पदो वाले घात का <math display="inline">M(x) - L(x) = 0,</math> या <math display="inline">M(x) = L(x)</math> अचर शून्य फलन है


<math display=block>L(x) = \sum_{j=0}^{k} y_j \ell_j(x).</math>
प्रत्येक आधार बहुपद की डिग्री होती है <math display=inline>k</math>, तो योग <math display=inline>L(x)</math> डिग्री है <math display=inline>\leq k</math>, और यह डेटा को प्रक्षेपित करता है क्योंकि <math display=inline>L(x_m) = \sum_{j=0}^{k} y_j \ell_j(x_m) = \sum_{j=0}^{k} y_j \delta_{mj} = y_m.</math>
इंटरपोलेटिंग बहुपद अद्वितीय है। सबूत: बहुपद मान लें <math display=inline>M(x)</math> डिग्री का <math display=inline>\leq k</math> डेटा को इंटरपोलेट करता है। फिर फर्क <math display=inline>M(x) - L(x)</math> पर शून्य है <math display=inline>k + 1</math> विशिष्ट नोड्स <math display=inline>\{x_0, x_1, \ldots, x_k\}.</math> लेकिन डिग्री का एकमात्र बहुपद <math display=inline>\leq k</math> से अधिक के साथ <math display=inline>k</math> जड़ें निरंतर शून्य कार्य है, इसलिए <math display=inline>M(x) - L(x) = 0,</math> या <math display=inline>M(x) = L(x).</math>




== बैरीसेंट्रिक रूप ==
== केंद्रकीय व्यंजक ==


प्रत्येक Lagrange आधार बहुपद <math display=inline>\ell_j(x)</math> तीन भागों, एक समारोह के उत्पाद के रूप में फिर से लिखा जा सकता है <math display=inline>\ell(x) = \prod_m (x - x_m)</math> हर आधार बहुपद के लिए सामान्य, एक नोड-विशिष्ट स्थिरांक <math display=inline>w_j = \prod_{m\neq j}(x_j - x_m)^{-1}</math> (बैरीसेंट्रिक वजन कहा जाता है), और विस्थापन का प्रतिनिधित्व करने वाला एक हिस्सा <math display=inline>x_j</math> को <math display=inline>x</math>:<ref>{{cite journal
प्रत्येक लाग्रेंज आधार बहुपद <math display=inline>\ell_j(x)</math> तीन भागों, एक फलन के गुणनफल <math display=inline>\ell(x) = \prod_m (x - x_m)</math> के रूप में फिर से लिखा जा सकता है प्रत्येक आधार बहुपद के लिए सामान्य, एक नोड-विशिष्ट स्थिरांक <math display=inline>w_j = \prod_{m\neq j}(x_j - x_m)^{-1}</math> (केंद्रकीय भार कहा जाता है), और <math display=inline>x_j</math> से <math display=inline>x</math> तक विस्थापन का प्रतिनिधित्व करने वाला एक भाग:<ref>{{cite journal
  | first1 = Jean-Paul | last1 = Berrut
  | first1 = Jean-Paul | last1 = Berrut
  | first2 = Lloyd N. | last2 = Trefethen |author-link = Lloyd N. Trefethen
  | first2 = Lloyd N. | last2 = Trefethen |author-link = Lloyd N. Trefethen
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<math display=block>\ell_j(x) = \ell(x) \dfrac{w_j}{x - x_j}</math>
<math display=block>\ell_j(x) = \ell(x) \dfrac{w_j}{x - x_j}</math>
फैक्टरिंग करके <math display=inline>\ell(x)</math> योग से बाहर, हम लैग्रेंज बहुपद को तथाकथित प्रथम बेरिकेंट्रिक रूप में लिख सकते हैं:
गुणनखंडन द्वारा <math display=inline>\ell(x)</math> योग से बाहर, हम लैग्रेंज बहुपद को तथाकथित प्रथम केंद्रकीय रूप में लिख सकते हैं:


:<math>L(x) = \ell(x) \sum_{j=0}^k \frac{w_j}{x-x_j}y_j.</math>
:<math>L(x) = \ell(x) \sum_{j=0}^k \frac{w_j}{x-x_j}y_j.</math>
अगर वजन <math>w_j</math> पूर्व-गणना की गई है, इसके लिए केवल आवश्यकता है <math>\mathcal O(k)</math> संचालन की तुलना में <math>\mathcal O(k^2)</math> प्रत्येक Lagrange आधार बहुपद का मूल्यांकन करने के लिए <math>\ell_j(x)</math> व्यक्तिगत रूप से।
यदि भार <math>w_j</math> पूर्व-गणना की गई है, तो प्रत्येक लाग्रेंज आधार बहुपद <math>\mathcal O(k)</math> का अलग-अलग मूल्यांकन करने के लिए <math>\mathcal O(k^2)</math> की तुलना में केवल <math>\ell_j(x)</math> संक्रिया की आवश्यकता होती है।


एक नया नोड शामिल करने के लिए बैरीसेंट्रिक इंटरपोलेशन फॉर्मूला को भी आसानी से अपडेट किया जा सकता है <math>x_{k+1}</math> प्रत्येक को विभाजित करके <math>w_j</math>, <math>j=0 \dots k</math> द्वारा <math>(x_j - x_{k+1})</math> और नया निर्माण <math>w_{k+1}</math> ऊपरोक्त अनुसार।
प्रत्येक <math>x_{k+1}</math> को <math>w_j</math>, <math>j=0 \dots k</math> द्वारा विभाजित करके नया नोड <math>(x_j - x_{k+1})</math> शामिल करने के लिए बैरीसेंट्रिक (केन्द्रकीय) अंतर्वेशन सूत्र और नया निर्माण <math>w_{k+1}</math> ऊपरोक्त को भी आसानी से अवगत किया जा सकता है।।


किसी के लिए <math display=inline>x,</math> <math display=inline>\sum_{j=0}^k \ell_j(x) = 1</math> क्योंकि निरंतर कार्य <math display=inline>g(x) = 1</math> डिग्री का अद्वितीय बहुपद है <math>\leq k</math> डेटा प्रक्षेपित करना <math display=inline>\{(x_0, 1), (x_1, 1), \ldots, (x_k, 1) \}.</math> इस प्रकार हम विभाजित करके बैरेंट्रिक सूत्र को और सरल बना सकते हैं <math>L(x) = L(x) / g(x)\colon</math>
किसी भी <math display=inline>x,</math> <math display=inline>\sum_{j=0}^k \ell_j(x) = 1</math> के लिए क्योंकि नियतांक फलन <math display=inline>g(x) = 1</math> है कोटि का <math>\leq k</math> अद्वितीय बहुपद डेटा को <math display="inline">\{(x_0, 1), (x_1, 1), \ldots, (x_k, 1) \}</math> के द्वारा प्रक्षेपित करना। इस प्रकार हम <math>L(x) = L(x) / g(x)</math> को विभाजित करके केन्द्रकीय सूत्र को और सरल बना सकते हैं
:<math>\begin{aligned}
:<math>\begin{aligned}
L(x) &= \ell(x) \sum_{j=0}^k \frac{w_j}{x-x_j}y_j \Bigg/ \ell(x) \sum_{j=0}^k \frac{w_j}{x-x_j} \\[10mu]
L(x) &= \ell(x) \sum_{j=0}^k \frac{w_j}{x-x_j}y_j \Bigg/ \ell(x) \sum_{j=0}^k \frac{w_j}{x-x_j} \\[10mu]
&= \sum_{j=0}^k \frac{w_j}{x-x_j}y_j \Bigg/ \sum_{j=0}^k \frac{w_j}{x-x_j}.
&= \sum_{j=0}^k \frac{w_j}{x-x_j}y_j \Bigg/ \sum_{j=0}^k \frac{w_j}{x-x_j}.
\end{aligned}</math>
\end{aligned}</math>
इसे बेरसेंट्रिक इंटरपोलेशन फॉर्मूला का दूसरा रूप या सही रूप कहा जाता है।
इसे केन्द्रकीय अंतर्वेशन सूत्र का द्वितीय व्यंजक या सत्य व्यंजक कहा जाता है।


गणना लागत और सटीकता में इस दूसरे रूप के फायदे हैं: यह मूल्यांकन से बचा जाता है <math>\ell(x)</math>; भाजक में प्रत्येक शब्द की गणना करने का कार्य <math>w_j/(x-x_j)</math> कंप्यूटिंग में किया जा चुका है <math>\bigl(w_j/(x-x_j)\bigr)y_j</math> और इसलिए हर में योग की गणना करने में केवल लागत आती है <math display=inline>k-1</math> अतिरिक्त संचालन; मूल्यांकन बिंदुओं के लिए <math display=inline>x</math> जो एक नोड के करीब हैं <math display=inline>x_j</math>, भयावह रद्दीकरण आमतौर पर मूल्य के लिए एक समस्या होगी <math display=inline>(x-x_j)</math>, हालांकि यह मात्रा अंश और हर दोनों में दिखाई देती है और अंतिम परिणाम में अच्छी सापेक्ष सटीकता छोड़ते हुए दोनों रद्द हो जाते हैं।
इस दूसरे रूप में संगणना कीमत और परिशुद्धता में लाभ हैं: यह <math>\ell(x)</math> के मूल्यांकन से बचा जाता है; भाजक <math>w_j/(x-x_j)</math> में प्रत्येक पद की गणना करने का कार्य अभिकलन <math>\bigl(w_j/(x-x_j)\bigr)y_j</math> में किया जा चुका है और इसलिए हर में योग की गणना करने में केवल <math display=inline>k-1</math> अतिरिक्त संक्रिया होती है; मूल्यांकन बिंदुओं के लिए <math display=inline>x</math> जो एक नोड के समीप <math display=inline>x_j</math> हैं, विपाती निरस्तीकरण सामान्य रूप से <math display=inline>(x-x_j)</math> मूल्य के लिए एक समस्या होगी, हालांकि यह परिणाम अंश और हर दोनों में दिखाई देती है और अंतिम परिणाम में अच्छी सापेक्ष परिशुद्धता छोड़ते हुए दोनों निरस्त हो जाते हैं।


मूल्यांकन करने के लिए इस सूत्र का उपयोग करना <math>L(x)</math> नोड्स में से एक पर <math>x_j</math> [[अनिश्चित रूप]] में परिणाम होगा <math>\infty y_j/\infty</math>; कंप्यूटर कार्यान्वयन को ऐसे परिणामों को प्रतिस्थापित करना चाहिए <math>L(x_j) = y_j.</math>
किसी एक नोड <math>L(x)</math> पर <math>x_j</math> का मूल्यांकन करने के लिए इस सूत्र का उपयोग करने से परिणाम अनिश्चित <math>\infty y_j/\infty</math> होगा; कंप्यूटर कार्यान्वयन को ऐसे परिणामों <math>L(x_j) = y_j</math>को प्रतिस्थापित करना चाहिए। प्रत्येक लाग्रेंज आधार बहुपद को केंद्रकीय रूप में भी लिखा जा सकता है:
प्रत्येक Lagrange आधार बहुपद को बेरिकेंट्रिक रूप में भी लिखा जा सकता है:


:<math>
:<math>
Line 77: Line 83:
</math>
</math>


==== रैखिक बीजगणित से एक परिप्रेक्ष्य ====
बहुपद अंतर्वेशन को हल करने से रैखिक बीजगणित में मैट्रिक्स के व्युत्क्रम की मात्रा में समस्या आती है। हमारे अंतर्वेशन बहुपद <math display="inline">L(x) = \sum_{j=0}^k x^j m_j</math> के लिए एक मानक एकपदी आधार का उपयोग करते हुए, हमें [[वैंडरमोंड मैट्रिक्स]] को <math>(x_i)^j</math> को हल करने के लिए <math>L(x_i) = y_i</math> गुणांक के लिए <math>m_j</math> का <math>L(x)</math> है। अधिकतम आधार चयन करके, <math display="inline">L(x) = \sum_{j=0}^k l_j(x) y_j</math>, हम केवल सर्वसमिका <math>\delta_{ij}</math> मैट्रिक्स प्राप्त करते हैं, जो इसका अपना प्रतिलोम है: लैग्रेंज आधार स्वचालित रूप से वैंडरमोंड मैट्रिक्स के एनालॉग को प्रतिवर्त देता है।


== रैखिक बीजगणित == से एक परिप्रेक्ष्य
यह रचना [[चीनी शेष प्रमेय]] के अनुरूप है। पूर्णांक मॉडुलो अभाज्य संख्याओं के अवशेषों की जाँच करने के अतिरिक्त, हम रैखिकों द्वारा विभाजित किए जाने पर बहुपदों के अवशेषों की जाँच कर रहे हैं।
 
एक बहुपद इंटरपोलेशन को हल करना # इंटरपोलेशन पॉलीनोमियल का निर्माण रैखिक बीजगणित में मैट्रिक्स के व्युत्क्रम की समस्या की ओर ले जाता है। हमारे प्रक्षेप बहुपद के लिए एक मानक एकपदी आधार का उपयोग करना <math display="inline">L(x) = \sum_{j=0}^k x^j m_j</math>, हमें [[वैंडरमोंड मैट्रिक्स]] को उल्टा करना चाहिए <math>(x_i)^j</math> समाधान करना <math>L(x_i) = y_i</math> गुणांक के लिए <math>m_j</math> का <math>L(x)</math>. एक बेहतर आधार चुनकर, लैग्रेंज आधार,  <math display="inline">L(x) = \sum_{j=0}^k l_j(x) y_j</math>, हम केवल पहचान मैट्रिक्स, क्रोनकर डेल्टा प्राप्त करते हैं<math>\delta_{ij}</math>, जो इसका अपना प्रतिलोम है: लैग्रेंज आधार स्वचालित रूप से वैंडरमोंड मैट्रिक्स के एनालॉग को उलट देता है।


यह निर्माण [[चीनी शेष प्रमेय]] के अनुरूप है। पूर्णांक मॉडुलो अभाज्य संख्याओं के अवशेषों की जाँच करने के बजाय, हम रैखिकों द्वारा विभाजित किए जाने पर बहुपदों के अवशेषों की जाँच कर रहे हैं।
इसके अतिरिक्त, जब क्रम बड़ा होता है, तो अंतर्वेशन बहुपद के गुणांकों को हल करने के लिए निर्धारित फूरियर रूपांतरण का उपयोग किया जा सकता है।
 
इसके अलावा, जब ऑर्डर बड़ा होता है, तो इंटरपोलेटेड बहुपद के गुणांकों को हल करने के लिए फास्ट फूरियर रूपांतरण का उपयोग किया जा सकता है।


== उदाहरण ==
== उदाहरण ==
हम इंटरपोलेट करना चाहते हैं <math>f(x) = x^2</math> डोमेन के ऊपर <math>1 \leq x \leq 3</math> तीन नोड्स पर {{nobr|<math>\{1,\, 2,\, 3\}</math>:}}
हम तीन नोड्स <math>f(x) = x^2</math> पर <math>1 \leq x \leq 3</math> प्रक्षेत्र {{nobr|<math>\{1,\, 2,\, 3\}</math>}} प्रक्षेपित करना चाहते हैं:


: <math>
: <math>
Line 98: Line 102:
नोड बहुपद <math>\ell</math> है
नोड बहुपद <math>\ell</math> है
:<math>\ell(x) = (x-1)(x-2)(x-3) = x^3 - 6x^2 + 11x - 6.</math>
:<math>\ell(x) = (x-1)(x-2)(x-3) = x^3 - 6x^2 + 11x - 6.</math>
बैरीसेंट्रिक भार हैं
केंद्रकीय भार हैं
:<math>\begin{align}
:<math>\begin{align}
w_0 &= (1-2)^{-1}(1-3)^{-1} = \tfrac12, \\[3mu]
w_0 &= (1-2)^{-1}(1-3)^{-1} = \tfrac12, \\[3mu]
Line 104: Line 108:
w_2 &= (3-1)^{-1}(3-2)^{-1} = \tfrac12.
w_2 &= (3-1)^{-1}(3-2)^{-1} = \tfrac12.
\end{align}</math>
\end{align}</math>
Lagrange आधार बहुपद हैं
लाग्रेंज आधार बहुपद हैं


:<math>\begin{align}
:<math>\begin{align}
Line 111: Line 115:
\ell_2(x) &= \frac{x - 1}{3 - 1}\cdot\frac{x - 2}{3 - 2} = \tfrac12x^2 - \tfrac32x + 1.
\ell_2(x) &= \frac{x - 1}{3 - 1}\cdot\frac{x - 2}{3 - 2} = \tfrac12x^2 - \tfrac32x + 1.
\end{align}</math>
\end{align}</math>
लैग्रेंज इंटरपोलिंग बहुपद है:
लैग्रेंज अंतर्वेशन बहुपद है:
:<math> \begin{align}
:<math> \begin{align}
L(x) &= 1\cdot\frac{x - 2}{1 - 2}\cdot\frac{x - 3}{1 - 3}
L(x) &= 1\cdot\frac{x - 2}{1 - 2}\cdot\frac{x - 3}{1 - 3}
Line 119: Line 123:
&= x^2.
&= x^2.
\end{align} </math>
\end{align} </math>
(द्वितीय) बेरसेंट्रिक रूप में,
(द्वितीय) केन्द्रकीय रूप में,


:<math>
:<math>
Line 132: Line 136:


==टिप्पणियाँ==
==टिप्पणियाँ==
[[File:Runge's phenomenon in Lagrange polynomials.svg|thumb|upright=1.5|Example of interpolation divergence for a set of Lagrange polynomials.]]
[[File:Runge's phenomenon in Lagrange polynomials.svg|thumb|upright=1.5|लैग्रेंज बहुपदों के एक सेट के लिए अंतर्वेशन अपसरण का उदाहरण।]]


The Lagrange form of the interpolation polynomial shows the linear character of polynomial interpolation and the uniqueness of the interpolation polynomial.  Therefore, it is preferred in proofs and theoretical arguments.  Uniqueness can also be seen from the invertibility of the Vandermonde matrix, due to the non-vanishing of the [[Vandermonde determinant]].
अंतर्वेशन बहुपद का लैग्रेंज रूप बहुपद अंतर्वेशन के रैखिक विशेषता और अंतर्वेशन बहुपद की विशिष्टता को दर्शाता है। इसलिए, इसे प्रमाणों और सैद्धांतिक तर्कों में चयन किया जाता है। वैंडरमोंड निर्धारक के समाप्त न होने के कारण, वैंडरमोंड मैट्रिक्स की व्युत्क्रमणीयता से विशिष्टता भी देखी जा सकती है।


But, as can be seen from the construction, each time a node ''x''<sub>''k''</sub> changes, all Lagrange basis polynomials have to be recalculated. A better form of the interpolation polynomial for practical (or computational) purposes is the barycentric form of the Lagrange interpolation (see below) or [[Newton polynomial]]s. <!-- Using [[Horner scheme|nested multiplication]] amounts to the same idea. -->
लेकिन, जैसा कि निर्माण से देखा जा सकता है, हर बार एक नोड xk बदलता है, सभी लैग्रेंज आधार बहुपदों को पुनर्गणना करना पड़ता है। व्यावहारिक (या कम्प्यूटेशनल) उद्देश्यों के लिए अंतर्वेशन बहुपद का अधिकतम रूप लैग्रेंज अंतर्वेशन (नीचे देखें) या न्यूटन बहुपदों का केंद्रकीय रूप है।


Lagrange and other interpolation at equally spaced points, as in the example above, yield a polynomial oscillating above and below the true function. This behaviour tends to grow with the number of points, leading to a divergence known as [[Runge's phenomenon]]; the problem may be eliminated by choosing interpolation points at [[Chebyshev nodes]].<ref>{{cite book|title=Scientific Computing with MATLAB|volume=2|series=Texts in computational science and engineering|first1=Alfio|last1=Quarteroni|first2=Fausto|last2=Saleri|publisher=Springer|year=2003|isbn=978-3-540-44363-6|page=66|url=https://books.google.com/books?id=fE1W5jsU4zoC&pg=PA66}}.</ref>
लैग्रेंज और अन्य अंतर्वेशन समान दूरी वाले बिंदुओं पर, जैसा कि ऊपर के उदाहरण में है, वास्तविक कार्य के ऊपर और नीचे एक बहुपद दोलन करता है। यह व्यवहार अंकों की संख्या के साथ बढ़ने लगता है, जिससे विचलन होता है जिसे रन्ज की घटना के रूप में जाना जाता है; चेबीशेव नोड्स पर अंतर्वेशन बिंदु चयन करके समस्या को समाप्त किया जा सकता है।<ref>{{cite book|title=Scientific Computing with MATLAB|volume=2|series=Texts in computational science and engineering|first1=Alfio|last1=Quarteroni|first2=Fausto|last2=Saleri|publisher=Springer|year=2003|isbn=978-3-540-44363-6|page=66|url=https://books.google.com/books?id=fE1W5jsU4zoC&pg=PA66}}.</ref>


The Lagrange basis polynomials can be used in [[numerical integration]] to derive the [[Newton–Cotes formulas]].
न्यूटन-कोट्स सूत्र प्राप्त करने के लिए लाग्रेंज आधार बहुपदों का संख्यात्मक एकीकरण में उपयोग किया जा सकता है।
<!-- Lagrange interpolation is often used in [[digital signal processing]] of audio for the implementation of fractional delay [[finite impulse response|FIR]] filters (e.g., to precisely tune [[digital waveguide synthesis|digital waveguides]] in [[physical modelling synthesis]]). -->




== लैग्रेंज इंटरपोलेशन फॉर्मूला में अवशेष ==
 
किसी दिए गए फ़ंक्शन f को डिग्री के बहुपद द्वारा प्रक्षेपित करते समय {{mvar|k}} नोड्स पर <math>x_0,...,x_k</math> हमें शेष मिलता है <math>R(x) = f(x) - L(x)</math> जिसे व्यक्त किया जा सकता है<ref>{{AS ref|25, eqn 25.2.3|878}}</ref>
== लैग्रेंज अंतर्वेशन सूत्र में अवशेष ==
किसी दिए गए फलन f को कोटि के बहुपद द्वारा प्रक्षेपित करते समय {{mvar|k}} नोड्स पर <math>x_0,...,x_k</math> हमें शेष मिलता है <math>R(x) = f(x) - L(x)</math> जिसे व्यक्त किया जा सकता है<ref>{{AS ref|25, eqn 25.2.3|878}}</ref>
:<math> R(x) = f[x_0,\ldots,x_k,x] \ell(x) = \ell(x) \frac{f^{(k+1)}(\xi)}{(k+1)!},  \quad \quad x_0 < \xi < x_k,</math>
:<math> R(x) = f[x_0,\ldots,x_k,x] \ell(x) = \ell(x) \frac{f^{(k+1)}(\xi)}{(k+1)!},  \quad \quad x_0 < \xi < x_k,</math>
कहाँ <math>f[x_0,\ldots,x_k,x]</math> [[विभाजित मतभेद]]ों के लिए अंकन है। वैकल्पिक रूप से, शेष को जटिल डोमेन में समोच्च अभिन्न के रूप में व्यक्त किया जा सकता है
जहाँ <math>f[x_0,\ldots,x_k,x]</math> विभाजित अंतरों के लिए संकेतन है। वैकल्पिक रूप से, शेष को जटिल प्रक्षेत्र में समोच्च अभिन्न के रूप में व्यक्त किया जा सकता है


:<math>R(x) = \frac{\ell(x)}{2\pi i} \int_C \frac{f(t)}{(t-x)(t-x_0) \cdots (t-x_k)} dt = \frac{\ell(x)}{2\pi i} \int_C \frac{f(t)}{(t-x)\ell(t)} dt.</math>
:<math>R(x) = \frac{\ell(x)}{2\pi i} \int_C \frac{f(t)}{(t-x)(t-x_0) \cdots (t-x_k)} dt = \frac{\ell(x)}{2\pi i} \int_C \frac{f(t)}{(t-x)\ell(t)} dt.</math>
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=== व्युत्पत्ति<ref>{{Cite web|url=https://sam.nitk.ac.in/sites/default/Numerical_Methods/Interpolation/interpolation.pdf|title=Interpolation}}</ref>===
=== व्युत्पत्ति<ref>{{Cite web|url=https://sam.nitk.ac.in/sites/default/Numerical_Methods/Interpolation/interpolation.pdf|title=Interpolation}}</ref>===
स्पष्ट रूप से, <math>R(x) </math> नोड्स पर शून्य है। ढूँढ़ने के लिए <math>R(x)</math> एक बिंदु पर <math>x_p  </math>, एक नया कार्य परिभाषित करें <math>F(x)=R(x)-\tilde{R}(x)=f(x)-L(x)-\tilde{R}(x)</math> और चुनें <math display="inline">\tilde{R}(x)=C\cdot\prod_{i=0}^k(x-x_i)</math> कहाँ <math>C</math> वह स्थिरांक है जिसे हमें दिए गए के लिए निर्धारित करना है <math>x_p</math>. हम चुनते हैं <math>C</math> ताकि <math>F(x)</math> है <math>k+2</math> शून्य (सभी नोड्स पर और <math>x_p</math>) बीच में <math>x_0</math> और <math>x_k</math> (अंतिम बिंदुओं सहित)ये मानते हुए <math>f(x)</math> है <math>k+1</math>-समय अलग-अलग, के बाद से <math>L(x)</math> और <math>\tilde{R}(x)</math> बहुपद हैं, और इसलिए, असीम रूप से भिन्न हैं, <math>F(x)</math> होगा <math>k+1</math>-समय अलग करने योग्य। रोले के प्रमेय द्वारा, <math>F^{(1)}(x)</math> है <math>k+1</math> शून्य, <math>F^{(2)}(x)</math> है <math>k</math> शून्य... <math>F^{(k+1)}</math> 1 शून्य है, कहते हैं <math>\xi,\, x_0<\xi<x_k</math>. स्पष्ट रूप से लिख रहा हूँ <math>F^{(k+1)}(\xi)</math>:
स्पष्ट रूप से, <math>R(x) </math> नोड्स पर शून्य है। बिंदु <math>R(x)</math> पर <math>x_p  </math> को पता लगाने के लिए एक नया फलन परिभाषित करें <math>F(x)=R(x)-\tilde{R}(x)=f(x)-L(x)-\tilde{R}(x)</math> और <math display="inline">\tilde{R}(x)=C\cdot\prod_{i=0}^k(x-x_i)</math> चयन करे जहाँ <math>C</math> वह स्थिरांक है जिसे हमें दिए गए <math>x_p</math>के लिए, हम <math>C</math> चयन करते हैं ताकि <math>F(x)</math> शून्य <math>k+2</math> है (सभी नोड्स पर और <math>x_p</math>) बीच में <math>x_0</math> और <math>x_k</math> (अंतिम बिंदुओं सहित) निर्धारित करना है।। ये मानते हुए <math>f(x)</math> गुना अवकलनीय <math>k+1</math>-है, क्योंकि <math>L(x)</math> और <math>\tilde{R}(x)</math> बहुपद हैं, और इसलिए, अधिकतम सीमा तक भिन्न <math>F(x)</math> हैं और <math>k+1</math>-गुना अवकलनीय होगा। रोल की प्रमेय के अनुसार, <math>F^{(1)}(x)</math> शून्य <math>k+1</math>है, <math>F^{(2)}(x)</math> है जहां <math>k</math> पर... <math>F^{(k+1)}</math> 1 शून्य, <math>\xi,\, x_0<\xi<x_k</math> है, मान लीजिए कि <math>F^{(k+1)}(\xi)</math> को स्पष्ट रूप से लिखना:


:<math>F^{(k+1)}(\xi)=f^{(k+1)}(\xi)-L^{(k+1)}(\xi)-\tilde{R}^{(k+1)}(\xi)</math>
:<math>F^{(k+1)}(\xi)=f^{(k+1)}(\xi)-L^{(k+1)}(\xi)-\tilde{R}^{(k+1)}(\xi)</math>
:<math>L^{(k+1)}=0,\tilde{R}^{(k+1)}=C\cdot(k+1)!</math> (क्योंकि उच्चतम शक्ति <math>x</math> में <math>\tilde{R}(x)</math> है <math>k+1</math>)
:<math>L^{(k+1)}=0,\tilde{R}^{(k+1)}=C\cdot(k+1)!</math> (क्योंकि उच्चतम पावर <math>x</math> में <math>\tilde{R}(x)</math> है <math>k+1</math>)


:<math>0=f^{(k+1)}(\xi)-C\cdot(k+1)!</math>
:<math>0=f^{(k+1)}(\xi)-C\cdot(k+1)!</math>
Line 165: Line 169:


:<math>C=\frac{f^{(k+1)}(\xi)}{(k+1)!}</math>
:<math>C=\frac{f^{(k+1)}(\xi)}{(k+1)!}</math>
तब से <math>F(x_p) = 0</math> अपने पास <math>R(x_p)=\tilde{R}(x_p) = \frac{f^{k+1}(\xi)}{(k+1)!}\prod_{i=0}^k(x_p-x_i)</math>
तब से <math>F(x_p) = 0</math> हमारे पास <math>R(x_p)=\tilde{R}(x_p) = \frac{f^{k+1}(\xi)}{(k+1)!}\prod_{i=0}^k(x_p-x_i)</math> है।
 
 
== डेरिवेटिव्स == {{mvar|d}|d}}एक Lagrange अंतर्वेशी बहुपद के वें व्युत्पन्न आधार बहुपद के डेरिवेटिव के संदर्भ में लिखा जा सकता है,


==== अवकलन ====
d लाग्रेंज अंतर्वेशी बहुपद के वें व्युत्पन्न आधार बहुपद के अवकलन के संदर्भ में लिखा जा सकता है,
:<math>L^{(d)}(x) := \sum_{j=0}^{k} y_j \ell_j^{(d)}(x).</math>
:<math>L^{(d)}(x) := \sum_{j=0}^{k} y_j \ell_j^{(d)}(x).</math>
स्मरण (देखें {{slink|#Definition}} ऊपर) कि प्रत्येक Lagrange आधार बहुपद है
स्मरण (ऊपर § परिभाषा देखें) कि प्रत्येक लाग्रेंज आधार बहुपद है


<math display=block>\begin{aligned}
<math display="block">\begin{aligned}
\ell_j(x) &= \prod_{\begin{smallmatrix}m = 0\\ m\neq j\end{smallmatrix}}^k \frac{x-x_m}{x_j-x_m}.
\ell_j(x) &= \prod_{\begin{smallmatrix}m = 0\\ m\neq j\end{smallmatrix}}^k \frac{x-x_m}{x_j-x_m}.
\end{aligned}</math>
\end{aligned}</math>
उत्पाद नियम # दो से अधिक कारकों के उत्पाद का उपयोग करके पहला व्युत्पन्न पाया जा सकता है:
गुणनफल नियम दो से अधिक कारकों के गुणनफल का उपयोग करके पहला अवकलज पाया जा सकता है:


:<math>\begin{align}
:<math>\begin{align}
Line 183: Line 186:
&= \ell_j(x)\sum_{\begin{smallmatrix}i=0 \\i\not=j\end{smallmatrix}}^k \frac{1}{x-x_i}.
&= \ell_j(x)\sum_{\begin{smallmatrix}i=0 \\i\not=j\end{smallmatrix}}^k \frac{1}{x-x_i}.
\end{align}</math>
\end{align}</math>
दूसरा व्युत्पन्न है
दूसरा अवकलन है


:<math>\begin{align}
:<math>\begin{align}
Line 195: Line 198:
&= \ell_j(x)\Biggl[\Biggl(\sum_{\begin{smallmatrix}i=0 \\i\not=j\end{smallmatrix}}^k \frac{1}{x-x_i}\Biggr)^2-\sum_{\begin{smallmatrix}i=0 \\i\not=j\end{smallmatrix}}^k \frac{1}{(x-x_i)^2}\Biggr].
&= \ell_j(x)\Biggl[\Biggl(\sum_{\begin{smallmatrix}i=0 \\i\not=j\end{smallmatrix}}^k \frac{1}{x-x_i}\Biggr)^2-\sum_{\begin{smallmatrix}i=0 \\i\not=j\end{smallmatrix}}^k \frac{1}{(x-x_i)^2}\Biggr].
\end{align}</math>
\end{align}</math>
तीसरा व्युत्पन्न है
तीसरा अवकलन है


:<math>\begin{align}
:<math>\begin{align}
Line 203: Line 206:
\frac{3!}{(x-x_i)(x - x_m)(x - x_n)}
\frac{3!}{(x-x_i)(x - x_m)(x - x_n)}
\end{align}</math>
\end{align}</math>
और इसी तरह उच्च डेरिवेटिव के लिए।
और इसी प्रकार उच्च अवकलन के लिए।


== [[परिमित क्षेत्र]] ==
== [[परिमित क्षेत्र]] ==
Lagrange बहुपद की गणना परिमित क्षेत्रों में भी की जा सकती है। इसमें क्रिप्टोग्राफी में अनुप्रयोग हैं, जैसे शमीर की गुप्त साझाकरण योजना में।
लाग्रेंज बहुपद की गणना परिमित क्षेत्रों में भी की जा सकती है। इसमें क्रिप्टोग्राफी में अनुप्रयोग हैं, जैसे शमीर की गुप्त साझाकरण योजना में है।


== यह भी देखें ==
== यह भी देखें ==
* नेविल का एल्गोरिदम
* नेविल का एल्गोरिदम
* प्रक्षेप बहुपद का [[न्यूटन बहुपद]]
* अंतर्वेशन बहुपद का [[न्यूटन बहुपद]]
* [[बर्नस्टीन बहुपद]]
* [[बर्नस्टीन बहुपद]]
* कार्लसन की प्रमेय
* कार्लसन की प्रमेय
* [[लेबेस्ग स्थिरांक (प्रक्षेप)]]
* [[लेबेस्ग स्थिरांक (प्रक्षेप)|लेबेस्ग स्थिरांक (अंतर्वेशन)]]
*[[चेबफन]]
*[[चेबफन]]
* [[न्यूटोनियन श्रृंखला की तालिका]]
* [[न्यूटोनियन श्रृंखला की तालिका]]
* [[फ्रोबेनियस सहसंयोजक]]
* [[फ्रोबेनियस सहसंयोजक]]
* सिल्वेस्टर का सूत्र
* सिल्वेस्टर का सूत्र
* [[परिमित अंतर गुणांक]]
* [[परिमित अंतर गुणांक|परिमित शेष गुणांक]]
* [[सन्यासी के बीच]]
* [[सन्यासी के बीच|हर्मिट अंतर्वेशन]]


==संदर्भ==
==संदर्भ==
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==बाहरी संबंध==
==बाहरी संबंध==
{{wikibooks|Algorithm Implementation|Mathematics/Polynomial interpolation|Polynomial interpolation}}
* {{springer|title=Lagrange interpolation formula|id=p/l057170}}
* {{springer|title=Lagrange interpolation formula|id=p/l057170}}
* [http://www.alglib.net/interpolation/polynomial.php ALGLIB] has an implementations in C++ / C# / VBA / Pascal.
* [http://www.alglib.net/interpolation/polynomial.php ALGLIB] has an implementations in C++ / C# / VBA / Pascal.
* [https://www.gnu.org/software/gsl/ GSL] has a polynomial interpolation code in C
* [https://www.gnu.org/software/gsl/ GSL] has a polynomial interpolation code in C
* [https://stackoverflow.com/questions/11029615/lagrange-interpolation-method/11552763 SO] has a MATLAB example that demonstrates the algorithm and recreates the first image in this article
* [https://stackoverflow.com/questions/11029615/lagrange-interpolation-method/11552763 SO] has a MATLAB example that demonstrates the algorithm and recreates the first image in this article
* [http://numericalmethods.eng.usf.edu/topics/lagrange_method.html Lagrange Method of Interpolation &mdash; Notes, PPT, Mathcad, Mathematica, MATLAB, Maple] at [http://numericalmethods.eng.usf.edu Holistic Numerical Methods Institute]
* [http://numericalmethods.eng.usf.edu/topics/lagrange_method.html लाग्रेंज Method of Interpolation &mdash; Notes, PPT, Mathcad, Mathematica, MATLAB, Maple] at [http://numericalmethods.eng.usf.edu Holistic Numerical Methods Institute]
*[http://www.math-linux.com/spip.php?article71 Lagrange interpolation polynomial] on www.math-linux.com
*[http://www.math-linux.com/spip.php?article71 लाग्रेंज interpolation polynomial] on www.math-linux.com
* {{MathWorld|urlname=LagrangeInterpolatingPolynomial|title=Lagrange Interpolating Polynomial}}
* {{MathWorld|urlname=LagrangeInterpolatingPolynomial|title=Lagrange Interpolating Polynomial}}
{{ProofWiki|id=Lagrange_Polynomial_Approximation|title=Estimate of the error in Lagrange Polynomial Approximation}}
{{ProofWiki|id=Lagrange_Polynomial_Approximation|title=Estimate of the error in Lagrange Polynomial Approximation}}
Line 239: Line 241:
* [http://mathformeremortals.wordpress.com/2013/01/15/bicubic-interpolation-excel-worksheet-function/ Excel Worksheet Function for Bicubic Lagrange Interpolation]
* [http://mathformeremortals.wordpress.com/2013/01/15/bicubic-interpolation-excel-worksheet-function/ Excel Worksheet Function for Bicubic Lagrange Interpolation]
* [http://pastebin.com/bNVcQt4x Lagrange polynomials in Python]
* [http://pastebin.com/bNVcQt4x Lagrange polynomials in Python]
{{Joseph-Louis Lagrange}}
{{authority control}}
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Latest revision as of 07:46, 19 March 2023

यह चित्र चार बिंदुओं ((−9, 5), (−4, 2), (−1, −2), (7, 9)), के लिए दिखाता है (घन) अंतर्वेशन बहुपद L(x) (असतत, काला), जो प्रवर्धित किए गए आधार बहुपदों y00(x), y11(x), y22(x) और y33(x) का योग है। अंतर्वेशन बहुपद सभी चार नियंत्रण बिंदुओं से होकर गुजरता है, और प्रत्येक प्रवर्धित आधार बहुपद अपने संबंधित नियंत्रण बिंदु से गुजरता है और जहां 0 और x अन्य तीन नियंत्रण बिंदुओं से समान है।

संख्यात्मक विश्लेषण में, लैग्रेंज अंतर्वेशन बहुपद की निम्नतम कोटि का अद्वितीय बहुपद है जो बहुपद डेटा के समुच्चय को प्रक्षेपित करता है।

किसी फलन के ग्राफ़ के डेटा समुच्चय को देखते हुए के साथ निर्देशांक युग्म को नोड कहा जाता है और मान कहलाते हैं। लैग्रेंज बहुपद कोटि है और प्रत्येक मान को संबंधित बिन्दु पर मान लेता है।

हालांकि इसका नाम जोसेफ-लुई लाग्रेंज के नाम पर रखा गया, जिन्होंने इसे 1795 में प्रकाशित किया था,[1] इस विधि की खोज सबसे पहले 1779 में एडवर्ड वारिंग ने की थी।[2] यह लियोनहार्ड यूलर द्वारा 1783 में प्रकाशित एक सूत्र का भी आसान परिणाम है।[3]

लैग्रेंज बहुपदों के उपयोग में न्यूटन-कोट्स सूत्र सम्मिलित हैं। न्यूटन-कोट्स संख्यात्मक एकीकरण की विधि और क्रिप्टोग्राफी (कूटलेखन) में शमीर की गुप्त साझाकरण योजना सम्मिलित है।

समस्थानिक नोड्स के लिए, लैग्रेंज अंतर्वेशन बड़े दोलन की रूंज की घटना के लिए अतिसंवेदनशील है।

परिभाषा

नोड्स का एक समुच्चय दिया दिया गया है, जो सभी अलग-अलग होने चाहिए, सूचकांकों के लिए, कोटि के बहुपदों के लिए लैग्रेंज आधार उन नोड्स के लिए बहुपदों का समूह है प्रत्येक कोटि जो मान लेते हैं यदि और क्रोनकर डेल्टा का उपयोग करके इसे लिखा जा सकता है। प्रत्येक आधार बहुपद को गुणनफल द्वारा स्पष्ट रूप से वर्णित किया जा सकता है:

ध्यान दें कि अंश मे नोड्स पर मूल पद है जबकि भाजक परिणामी बहुपद को प्रवर्धित करता है ताकि

संबंधित मानों के माध्यम से उन नोड्स के लिए लैग्रेंज अंतर्वेशन बहुपद रैखिक संयोजन है:

प्रत्येक आधार बहुपद की कोटि होती है इसलिए योग की कोटि है, और यह डेटा को प्रक्षेपित करता है क्योंकि

अंतर्वेशन बहुपद अद्वितीय है। प्रमाण: मान लें कि डिग्री का बहुपद कोटि डेटा को प्रक्षेपित करता है। फिर शेष पर विशिष्ट नोड्स शून्य है। लेकिन कोटि का एकमात्र बहुपद से अधिक के साथ मूल पदो वाले घात का या अचर शून्य फलन है


केंद्रकीय व्यंजक

प्रत्येक लाग्रेंज आधार बहुपद तीन भागों, एक फलन के गुणनफल के रूप में फिर से लिखा जा सकता है प्रत्येक आधार बहुपद के लिए सामान्य, एक नोड-विशिष्ट स्थिरांक (केंद्रकीय भार कहा जाता है), और से तक विस्थापन का प्रतिनिधित्व करने वाला एक भाग:[4]

गुणनखंडन द्वारा योग से बाहर, हम लैग्रेंज बहुपद को तथाकथित प्रथम केंद्रकीय रूप में लिख सकते हैं:

यदि भार पूर्व-गणना की गई है, तो प्रत्येक लाग्रेंज आधार बहुपद का अलग-अलग मूल्यांकन करने के लिए की तुलना में केवल संक्रिया की आवश्यकता होती है।

प्रत्येक को , द्वारा विभाजित करके नया नोड शामिल करने के लिए बैरीसेंट्रिक (केन्द्रकीय) अंतर्वेशन सूत्र और नया निर्माण ऊपरोक्त को भी आसानी से अवगत किया जा सकता है।।

किसी भी के लिए क्योंकि नियतांक फलन है कोटि का अद्वितीय बहुपद डेटा को के द्वारा प्रक्षेपित करना। इस प्रकार हम को विभाजित करके केन्द्रकीय सूत्र को और सरल बना सकते हैं

इसे केन्द्रकीय अंतर्वेशन सूत्र का द्वितीय व्यंजक या सत्य व्यंजक कहा जाता है।

इस दूसरे रूप में संगणना कीमत और परिशुद्धता में लाभ हैं: यह के मूल्यांकन से बचा जाता है; भाजक में प्रत्येक पद की गणना करने का कार्य अभिकलन में किया जा चुका है और इसलिए हर में योग की गणना करने में केवल अतिरिक्त संक्रिया होती है; मूल्यांकन बिंदुओं के लिए जो एक नोड के समीप हैं, विपाती निरस्तीकरण सामान्य रूप से मूल्य के लिए एक समस्या होगी, हालांकि यह परिणाम अंश और हर दोनों में दिखाई देती है और अंतिम परिणाम में अच्छी सापेक्ष परिशुद्धता छोड़ते हुए दोनों निरस्त हो जाते हैं।

किसी एक नोड पर का मूल्यांकन करने के लिए इस सूत्र का उपयोग करने से परिणाम अनिश्चित होगा; कंप्यूटर कार्यान्वयन को ऐसे परिणामों को प्रतिस्थापित करना चाहिए। प्रत्येक लाग्रेंज आधार बहुपद को केंद्रकीय रूप में भी लिखा जा सकता है:

रैखिक बीजगणित से एक परिप्रेक्ष्य

बहुपद अंतर्वेशन को हल करने से रैखिक बीजगणित में मैट्रिक्स के व्युत्क्रम की मात्रा में समस्या आती है। हमारे अंतर्वेशन बहुपद के लिए एक मानक एकपदी आधार का उपयोग करते हुए, हमें वैंडरमोंड मैट्रिक्स को को हल करने के लिए गुणांक के लिए का है। अधिकतम आधार चयन करके, , हम केवल सर्वसमिका मैट्रिक्स प्राप्त करते हैं, जो इसका अपना प्रतिलोम है: लैग्रेंज आधार स्वचालित रूप से वैंडरमोंड मैट्रिक्स के एनालॉग को प्रतिवर्त देता है।

यह रचना चीनी शेष प्रमेय के अनुरूप है। पूर्णांक मॉडुलो अभाज्य संख्याओं के अवशेषों की जाँच करने के अतिरिक्त, हम रैखिकों द्वारा विभाजित किए जाने पर बहुपदों के अवशेषों की जाँच कर रहे हैं।

इसके अतिरिक्त, जब क्रम बड़ा होता है, तो अंतर्वेशन बहुपद के गुणांकों को हल करने के लिए निर्धारित फूरियर रूपांतरण का उपयोग किया जा सकता है।

उदाहरण

हम तीन नोड्स पर प्रक्षेत्र प्रक्षेपित करना चाहते हैं:

नोड बहुपद है

केंद्रकीय भार हैं

लाग्रेंज आधार बहुपद हैं

लैग्रेंज अंतर्वेशन बहुपद है:

(द्वितीय) केन्द्रकीय रूप में,


टिप्पणियाँ

लैग्रेंज बहुपदों के एक सेट के लिए अंतर्वेशन अपसरण का उदाहरण।

अंतर्वेशन बहुपद का लैग्रेंज रूप बहुपद अंतर्वेशन के रैखिक विशेषता और अंतर्वेशन बहुपद की विशिष्टता को दर्शाता है। इसलिए, इसे प्रमाणों और सैद्धांतिक तर्कों में चयन किया जाता है। वैंडरमोंड निर्धारक के समाप्त न होने के कारण, वैंडरमोंड मैट्रिक्स की व्युत्क्रमणीयता से विशिष्टता भी देखी जा सकती है।

लेकिन, जैसा कि निर्माण से देखा जा सकता है, हर बार एक नोड xk बदलता है, सभी लैग्रेंज आधार बहुपदों को पुनर्गणना करना पड़ता है। व्यावहारिक (या कम्प्यूटेशनल) उद्देश्यों के लिए अंतर्वेशन बहुपद का अधिकतम रूप लैग्रेंज अंतर्वेशन (नीचे देखें) या न्यूटन बहुपदों का केंद्रकीय रूप है।

लैग्रेंज और अन्य अंतर्वेशन समान दूरी वाले बिंदुओं पर, जैसा कि ऊपर के उदाहरण में है, वास्तविक कार्य के ऊपर और नीचे एक बहुपद दोलन करता है। यह व्यवहार अंकों की संख्या के साथ बढ़ने लगता है, जिससे विचलन होता है जिसे रन्ज की घटना के रूप में जाना जाता है; चेबीशेव नोड्स पर अंतर्वेशन बिंदु चयन करके समस्या को समाप्त किया जा सकता है।[5]

न्यूटन-कोट्स सूत्र प्राप्त करने के लिए लाग्रेंज आधार बहुपदों का संख्यात्मक एकीकरण में उपयोग किया जा सकता है।


लैग्रेंज अंतर्वेशन सूत्र में अवशेष

किसी दिए गए फलन f को कोटि के बहुपद द्वारा प्रक्षेपित करते समय k नोड्स पर हमें शेष मिलता है जिसे व्यक्त किया जा सकता है[6]

जहाँ विभाजित अंतरों के लिए संकेतन है। वैकल्पिक रूप से, शेष को जटिल प्रक्षेत्र में समोच्च अभिन्न के रूप में व्यक्त किया जा सकता है

शेष के रूप में बाध्य किया जा सकता है


व्युत्पत्ति[7]

स्पष्ट रूप से, नोड्स पर शून्य है। बिंदु पर को पता लगाने के लिए एक नया फलन परिभाषित करें और चयन करे जहाँ वह स्थिरांक है जिसे हमें दिए गए के लिए, हम चयन करते हैं ताकि शून्य है (सभी नोड्स पर और ) बीच में और (अंतिम बिंदुओं सहित) निर्धारित करना है।। ये मानते हुए गुना अवकलनीय -है, क्योंकि और बहुपद हैं, और इसलिए, अधिकतम सीमा तक भिन्न हैं और -गुना अवकलनीय होगा। रोल की प्रमेय के अनुसार, शून्य है, है जहां पर... 1 शून्य, है, मान लीजिए कि को स्पष्ट रूप से लिखना:

(क्योंकि उच्चतम पावर में है )

समीकरण के रूप में पुनर्व्यवस्थित किया जा सकता है

तब से हमारे पास है।

अवकलन

d लाग्रेंज अंतर्वेशी बहुपद के वें व्युत्पन्न आधार बहुपद के अवकलन के संदर्भ में लिखा जा सकता है,

स्मरण (ऊपर § परिभाषा देखें) कि प्रत्येक लाग्रेंज आधार बहुपद है

गुणनफल नियम दो से अधिक कारकों के गुणनफल का उपयोग करके पहला अवकलज पाया जा सकता है:

दूसरा अवकलन है

तीसरा अवकलन है

और इसी प्रकार उच्च अवकलन के लिए।

परिमित क्षेत्र

लाग्रेंज बहुपद की गणना परिमित क्षेत्रों में भी की जा सकती है। इसमें क्रिप्टोग्राफी में अनुप्रयोग हैं, जैसे शमीर की गुप्त साझाकरण योजना में है।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. Lagrange, Joseph-Louis (1795). "Leçon Cinquième. Sur l'usage des courbes dans la solution des problèmes". Leçons Elémentaires sur les Mathématiques (in français). Paris. Republished in Serret, Joseph-Alfred, ed. (1877). Oeuvres de Lagrange. Vol. 7. Gauthier-Villars. pp. 271–287. Translated as "Lecture V. On the Employment of Curves in the Solution of Problems". Lectures on Elementary Mathematics. Translated by McCormack, Thomas J. (2nd ed.). Open Court. 1901. pp. 127–149.
  2. Waring, Edward (9 January 1779). "Problems concerning interpolations". Philosophical Transactions of the Royal Society. 69: 59–67. doi:10.1098/rstl.1779.0008.
  3. Meijering, Erik (2002). "A chronology of interpolation: from ancient astronomy to modern signal and image processing" (PDF). Proceedings of the IEEE. 90 (3): 319–342. doi:10.1109/5.993400.
  4. Berrut, Jean-Paul; Trefethen, Lloyd N. (2004). "Barycentric Lagrange Interpolation" (PDF). SIAM Review. 46 (3): 501–517. Bibcode:2004SIAMR..46..501B. doi:10.1137/S0036144502417715.
  5. Quarteroni, Alfio; Saleri, Fausto (2003). Scientific Computing with MATLAB. Texts in computational science and engineering. Vol. 2. Springer. p. 66. ISBN 978-3-540-44363-6..
  6. Abramowitz, Milton; Stegun, Irene Ann, eds. (1983) [June 1964]. "Chapter 25, eqn 25.2.3". Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables. Applied Mathematics Series. Vol. 55 (Ninth reprint with additional corrections of tenth original printing with corrections (December 1972); first ed.). Washington D.C.; New York: United States Department of Commerce, National Bureau of Standards; Dover Publications. p. 878. ISBN 978-0-486-61272-0. LCCN 64-60036. MR 0167642. LCCN 65-12253.
  7. "Interpolation" (PDF).


बाहरी संबंध