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과학

라그랑주 보간

라그랑주 보간과학
영문명
Lagrange interpolation
좌표 조건
표본 좌표가 서로 다름
기본 구성
기저 다항식의 가중합
차수 제한
n+1개 점에서 n 이하
라그랑주 보간은 주어진 모든 표본점을 지나는 다항식을 기저 다항식의 가중합으로 표현하는 방법이다. 서로 다른 n+1개 좌표에는 차수가 n 이하인 보간 다항식이 하나 존재한다. 표현 방법이 다르더라도 같은 좌표와 값에 대한 그 다항식은 같다.

한 점만 선택하는 기저를 만든다

좌표 xi에 대응하는 기저 Li는 다른 모든 좌표 xj에 대해 (x-xj)/(xi-xj)를 곱한 식이다. 이 기저는 자기 좌표에서 1, 나머지 표본 좌표에서 0이다. 따라서 각 기저에 그 점의 값 yi를 곱해 모두 더하면 표본값을 재현하는 다항식이 된다.

세 점의 기저를 구성한다

좌표가 0, 1, 3이면 세 기저는 각각 (x-1)(x-3)/3, -x(x-3)/2, x(x-1)/6이다. 예를 들어 x = 1을 넣으면 두 번째 기저만 1이고 나머지는 0이다. 좌표 간격이 같아야 할 필요는 없다.

표본값을 곱해 계산한다

위 좌표에서 값이 2, 0, 8이라고 하자. 첫 기저에 2, 두 번째에 0, 세 번째에 8을 곱해 더하면 P(x) = 2x²-4x+2다. 실제로 P(0) = 2, P(1) = 0, P(3) = 8이다. x = 2에서 값은 2로, 인접 두 점을 직선으로 잇는 선형 보간값 4와 다르다.

차수 제한이 중요한 이유

P(x)에 c x(x-1)(x-3)을 더해도 세 표본점의 값은 변하지 않는다. 임의의 상수 c가 만드는 이 식들은 더 높은 차수다. 유일하다는 말에는 차수 제한이 포함된다. 표본점을 정확히 지난다고 중간의 실제 함수를 정확히 복원했다는 뜻도 아니다.

관련 문서

선형 보간 / 다항식 / 함수 / 심프슨 공식 / 사다리꼴 공식 / 부동 소수점