Обратное интерполирование

Пусть функция у = f(х ) задана таблично. Задача обратного интерполирования заключается в том, чтобы по заданному зна­чению функции у определить соответствующее значение ар­гумента х.

Если узлы интерполяции x₀, x₁, x₂, … x_n неравноотстоящие, задача легко решается с помощью интерполяционной формулы Лагранжа (3.5). Для этого достаточно принять у за независи­мую переменную, а х считать функцией. Тогда получим

x = (3.21)

Пример 3.3. Данные по плотности r водных растворов хлорида магния в зависимости от его концентрации С при температуре 293 К приведены в таблице 3.7:

Таблица 3.7

Плотность r водных растворов хлорида магния

С, %	2,00	4,00	8,00	16,00
r, г/см3	1,0146	1,0311	1,0646	1,1342

Определить, при какой концентрации плотность раствора хлорида маг­ния будет равна 1,1031 г/см³.

Решение. Обозначим х = С, у = r. По формуле (3.22) находим:

x = 2,00 × +

+ 4,00 × +

+ 8,00 ×

+ 16,00 × » 12,48.

Таким образом, r = 1,1031 г/см³ при С = 12,48 %.

Рассмотрим теперь задачу обратного интерполирования для случая равноотстоящих узлов интерполяции. Предположим, что функция f (х) монотонна и данное зна­чение у содержится между y₀=f(x₀) и y₁ = f(x₁).

Заменяя функцию у первым интерполяционным многочле­ном Ньютона, получим:

y = y₀ + qDy₀ + D²y₀ + D³y₀ + …+ Dⁿy₀ .

Отсюда

q = D²y₀ – …–Dⁿy₀ ,

т.е. q = j (q).

Величину q определяем методом последовательных при­ближений как предел последовательности:

q = lim qi , i®¥

где q_i = j (q_i-1) (i=1, 2,…).

За начальное приближение принимаем

q0 =

(3.22)

Для i-го приближения имеем:

qi = q0 – D2y0 – …–Dny0 .

(3.23)

На практике процесс итерации продолжают до тех пор, пока не установятся цифры, соответствующие требуемой точ­ности, причем полагают q» q_m, где m — последнее из найденных приближений. Найдя q, определяем х по формуле

= q,

откуда

х = x0 + qh.

(3.24)

Мы применили метод итерации для решения задачи обрат­ного интерполирования, пользуясь первой интерполяционной формулой Ньютона. Аналогично можно применить этот способ и ко второй формуле Ньютона:

y = y_n + qDy_n–1 + D²y_n–2 + D³y_n–3 + …

+ Dⁿy₀ .

Отсюда

q = D²y_n–2 – …–Dⁿy₀ .

Обозначим q₀ = — начальное приближение.

Для i-го приближения имеем:

qi = q0 – D2yn–2 – …–Dny0 .

(3.25)

Найдя

q = lim qi , i®¥

определим х по формуле

х = xn + qh.

(3.26)

Пример 3.4. Пользуясь табл. 3.5 примера 3.2 определить, при какой температуре вязкость воды равна 1,262 мПа × с.

Решение. Заданное значение у = h = 1,262 содержится между у₀ = h₀ = 1,308 и y₁ = h₁ = 1,203. Поэтому за начальное значением y принима­ем у₀ = 1,308. По формуле (3.23)

q₀ = = (1,262 – 1,308)/(—0,105) = 0,438.

Далее, пользуясь формулой (3.24), находим последовательные прибли­жения q_i(i = 1,2,...):

q₁ = q₀ – D²y₀ – D³y₀ = 0,438 – × 0,422×(0,422–1) –

– × 0,438 × (0,438 – 1) × (0,438 – 2) = 0,438 – 0,015 – 0,001 =0,422;

q₂ = q₀ – D²y₀ – D³y₀ = 0,438 – × 0,422×(0,422–1) –

– × 0,422 × (0,422 – 1) × (0,422 – 2) = 0,438 – 0,015 – 0,001 =0,422;

q = q₂ = 0,422.

Теперь по формуле (3.24) получим

х = x₀ + qh = 283,15 +0,422 × 3» 284,42.

Следовательно, h = 1,262 мПа ∙ с при Т = 284,42 К.

В курсовой работе необходимо проанализировать результаты, полученные различными методами.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Вычислительная математика в химии и химической технологии / С.В. Брановицкая, Р.Б.Медведев, Ю.Я.Фиалков. - Киев: Вища шк. Головне изд-во, 1986.-216с.

2. Вычислительная техника в инженерных и экономических расчетах. Крушевский А.В., Беликов Н.И., Тищенко В.Д.- Киев: Вища шк. Головне изд-во, 1985.-290с.

3. Математическая обработка результатов эксперимента, Л.З.Румшинский. – М.: Наука, 1971. – 192 с.

4. Романенко В.Н., Орлов А.Г., Никитина Г.В. Книга для начинающего исследователя-химика.-Л.: Химия, 1987.-280 с.