
【计】 Chebyshev approximation
anxious; be sure to; chip; chop; correspond to; cut; eager; knife; log; shear
shive; slice
【医】 cutting; incise
compare; compete; ratio; than
【医】 proportion; ratio
【经】 Benelux; benelux customs union; benelux economic union
avenge; wipe out; snow
goodman; husband; sister-in-law
approach; draw near; draw up; gain on; impend over
【计】 approximating
切比雪夫逼近(Chebyshev Approximation)是一种基于极小化最大误差准则的函数逼近方法,其核心目标是在给定区间内,使近似函数与目标函数的绝对偏差最大值达到最小。该方法由俄国数学家帕夫努季·切比雪夫于19世纪提出,属于多项式逼近理论的重要分支。
数学原理与特性
切比雪夫逼近遵循极小极大准则(Minimax Principle),即寻找一个多项式$P(x)$,使得区间$[a,b]$上的最大误差$max|f(x)-P(x)|$被最小化。该问题可通过切比雪夫插值节点的选择实现最优收敛性,其节点密度在区间端点处更高,从而有效抑制振荡现象(Runge现象)。数学表达式为: $$ min_{P in Pin} max{x in [a,b]} |f(x) - P(x)| $$ 其中$Pi_n$表示次数不超过$n$的多项式集合。
应用领域
相关多项式工具
切比雪夫多项式(Chebyshev Polynomials)是该理论的核心工具,其递推公式为: $$ T_0(x) = 1,quad T1(x) = x,quad T{n+1}(x) = 2xTn(x) - T{n-1}(x) $$ 这类多项式在区间$[-1,1]$上具有单位权重正交性,且极值点均匀分布,成为构造最优逼近解的基础。
切比雪夫逼近(Chebyshev approximation)是数学中函数逼近理论的核心方法之一,其核心目标是在给定区间内,用特定形式的函数(如多项式)逼近目标函数时,使最大绝对误差最小化。这一方法由俄国数学家帕夫努季·切比雪夫(Pafnuty Chebyshev)于19世纪提出。
极小化最大偏差
与最小二乘法追求误差平方和最小不同,切比雪夫逼近要求所有误差中的最大值最小,即寻找一个逼近函数,使得在整个区间内的最大误差达到极小。这种准则被称为极小极大准则(Minimax Criterion)。
交替定理(Equioscillation Theorem)
最佳切比雪夫逼近的判定定理:若存在一个多项式$P(x)$对目标函数$f(x)$的误差函数$E(x) = f(x) - P(x)$在区间内至少有$n+2$次交替达到其最大绝对误差(正负交替),则该多项式为$n$次多项式中的最佳逼近。
对于区间$[a,b]$上的连续函数$f(x)$,寻找$n$次多项式$P(x)$,使得: $$ max_{x in [a,b]} |f(x) - P(x)| $$ 达到最小值。
切比雪夫多项式$T_n(x)$在区间$[-1,1]$上具有单位振幅的极值波动,且满足正交性。其递推公式为: $$ T_0(x) = 1, quad T1(x) = x T{n+1}(x) = 2xTn(x) - T{n-1}(x) $$ 通过多项式展开,可将目标函数转换为切比雪夫基的组合,从而获得更优的逼近效果。
若用一次多项式逼近$f(x)=sin(x)$于$[0,pi/2]$,最佳切比雪夫逼近会使得误差在至少3个点上交替达到最大正负值,而普通线性拟合可能仅在这些点附近误差分布不均。
该方法通过控制最坏情况下的误差,特别适用于对精度均匀性要求高的工程问题,但计算复杂度高于最小二乘法。
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