2009年上海高考理综试题答案

2026/1/20 21:14:59

多项式逼近有泰勒多项式笔记,牛顿逼近,拉格朗日逼近,切比雪夫逼近多项式等。

1.4 MATLAB

MATLAB是一种常用的数学软件,它在数学类科技应用软件中的数值计算方面首屈一指。MATLAB的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学、工程中常用的形

式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多,并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C,FORTRAN,C++,JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用,此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序,用户可以直接进行下载就可以用。 MATLAB的的特点也比较多,例如:

1) 高效的数值计算及符号计算功能,能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来; 2) 具有完备的图形处理功能,实现计算结果和编程的可视化;

3) 友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言,使学者易于学习和掌握; 4) 功能丰富的应用工具箱(如信号处理工具箱、通信工具箱等) ,为用户提供了大量方便实用的处理工具。

4

第二章 正交多项式

2.1 正交多项式

大家知道,函数系1,sinx,cosx,cos2x,sin2x,?,cosnx,sinnx,?中任何两个不同函数的乘积在区间????,??(或[0,2?])上的积分都等于零,而它们之中每一个函数自

乘的积分不等于零,即

?

??-?0,m?n?cosmxconsxd?x??,m?n?0

?2?,m?n?0?

??cosmx??sinxd?x 0

?0,m?n ?sin mxsinxd?x????,m?n?0??

我们称这个函数系中任何两个函数在区间???,??上是正交的,这个函数构成一个正交函数系。如果这个函数系中的每一个函数分别乘以一个适当的常数,即

12?,1coxs,12sxin1,1cxos2,1x?sin2,nx,1cosnx?,

sin,?????则这个函数仍保持正交的性质,而且还是规范的(标准化的),即每一个函数自乘之后在区间???,??上的积分为1。

一般来说,对于定义在区间?a,b?上的一个函数系??(xj)(j?0,1,?)?,如果其中任何两个函数在区间?a,b?上的积分为零,而且它们之中每个函数自乘的积分不为零,即

ba

??(x)?m(x)?n(x)dx???0,m?n

?0,m?n则称函数系??(xj)(j?0,1,?)?为在区间?a,b?上关于权函数?(x)(?(x)?0)的正交函数系。特别当

5

?

ba?(x)?m(x)?n(x)dx?1时称之为规范正交系函数。当??(xj)(j?0,1,?)?中的每一个

函数均为多项式时,称之为正交多项式系,简称正交多项式。

2.2 正交多项式的构造

本小节讨论在区间?a,b?上关于权函数?(x)?1的正交多项式系

?Qj(x)(j?0,1,?)?。而对于一般关于权函数?(x)的正交多项式系构造方法是类似的。

为了构造在给定区间?a,b?上关于权函数?(x)?1的正交多项式系

?Qj(x)(j?0,1,?)?,可以采用如下递推方法:

Q0(x)?1

Q1(x)?(x??0)Qj?1(x)?(x??j)Qj??jQj?1(x),j?1,2,? (1,1)

其中

?j??baxQj(x)dxdj2,j?0,1? (1,2)

?j?而

dj?djdj?1,j?1,2?, (1,3)

?baQj(x)dx,j?2 (1,4) 0,?1,显然,由上述递推构造的Qj(x)(j?0,1,?)为j次多项式。下面用数学归纳法来证明

?Qj(x)(j?0,1,?)?在区间?a,b?上的正交性。

首先考虑Q0(x)与Q1(x)的正交性。

?baQ0(x)Q(x)d?x?1ba(??x0)?d?xba?x?dx?(0 b ) a(1,5)

根据式(1.4)有

6

d0?

根据式(1.2)有

?baQ0(x)dx?2?ba1dx?b?a

?0??baxQ0(x)dxd02??baxdxb?a

带入(1.5)后得到

baba

?Q0(x)Q1(x)dx???xdx?baxdx(b?a)?b?a?baxdx??baxdx?0

即Q0(x)与Q1(x)在区间?a,b?上正交。

然后,假设Q0(x),Q1(x),?,Qk(x)已经相互正交。

最后需要证明Qk?1(x)与Qj(x)(j?0,1,?,k)互相正交。由递推公式(1.1)可得 Qk?1(x)(x??k)Qk(x)??kQk?1(x) 当j?0,1,?,k时,有

?babQk?1(x)Qj(x)dx??baQj(x)Qk?1(x)dx

=?Qj(x)[(x??k)Qk(x)??kQk?1(x)]dx

a =?xQj(x)Qk(x)dx??k?Qj(x)Qk(x)dx??k?Qj(x)Qk?1(x)dx (1,6)

aaabbb下面来分三种情况来讨论:

当j=k时,根据归纳假设,式(1.6)中的第三项为0,即有

?baQk?1(x)Qj(x)d?x?baxkQ()xkQ(??)x?kbakQ()xQ( )xdxk =?kdk??kdk?0

当j=k-1时,根据归纳假设,式(1.6)中的第三项为0,即有

?

baQk?1(x)Qj(x)dx??baxQk?1(x)Qk(x)??k?Qk?1(x)Qk?1(x)dx

ab

7


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