"ref_1.gif"

"ref_2.gif"

Вычисление производных дробного порядка при помощи интерполяции.

  1. Вычислим производные порядка 0, 1, 2, ..., 12 функции sin(x) в точках 0, "fracD_1.gif","fracD_2.gif", ..., 2 π

In[1]:=

"fracD_3.gif"

In[3]:=

"fracD_4.gif"

Out[3]=

"fracD_5.gif"

   Получили матрицу 25×13, k-ая строка которой содержит знаяения производных (от 0-го, до 12--го порядка в точке "fracD_6.gif"
   По каждой строке строим интерполяционный многочлен переменной n с узлами  интерполяйии 0, 1, ..., 12.
   Получаем список из 25 интерполяционных многочленов.

In[4]:=

"fracD_7.gif"

  Вычисляем значение каждого интерполяционного многочлена при дробном значении n

In[5]:=

"fracD_8.gif"

In[6]:=

"fracD_9.gif"

Out[6]=

"fracD_10.gif"

  Получили список значений n-ой производной в точках "fracD_11.gif", k=1, 2,..., 25. Эти значения принимаем в качестве узлов интерполяции и строим интерполяционный многочлен.

In[7]:=

"fracD_12.gif"

Out[7]=

"fracD_13.gif"

Это и есть интерполяционный многочлен для n=5.76- кратной производной функции sin(x) на отрезке [0, 2π].
Этот пример чисто методического характера, поскольку

"fracD_14.gif"

и производная дробного порядка определяется естественным образом. Нарисуем два графика совместно: полученный ранее интерполяционный полином и "fracD_15.gif"

In[9]:=

"fracD_16.gif"

Out[9]=

Graphics:5.76  кратная производная функции sin(x)

  Два графика слились в один. Найдём норму разности в "fracD_18.gif"

In[10]:=

"fracD_19.gif"

Out[10]=

"fracD_20.gif"

  2. Действуя аналогичным образом, найдём 1/2 - кратную производную функции arctg(x). Отличие этого примера состоит в том, что здесь привлекаются первообразные (отрицательные n).

In[11]:=

"fracD_21.gif"

In[12]:=

"fracD_22.gif"

In[13]:=

"fracD_23.gif"

Out[13]=

"fracD_24.gif"

In[14]:=

"fracD_25.gif"

In[15]:=

"fracD_26.gif"

In[16]:=

"fracD_27.gif"

Out[16]=

"fracD_28.gif"

  Полученный выше полином, является  интерполяционным многочленом для 1/2 -кратной производной функции arctg(x) на отрезке [-4,4]
  Этот многочлен вместе функциями "fracD_29.gif" и arctg(x) изображены ниже на одном графике.

In[17]:=

"fracD_30.gif"

Out[17]=

Graphics:1/2 -кратная производная функции arctg(x) нарисована пунктиром

"ref_1.gif"

"ref_2.gif"

Spikey Created with Wolfram Mathematica 7.0
Hosted by uCoz