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  • 數(shù)值微分的一階導數(shù)和二階導數(shù)公式在具體計算時

    數(shù)值微分的一階導數(shù)和二階導數(shù)公式在具體計算時
    問個數(shù)值微分的問題,由于沒學過所以想不通,我想如果學過的話應該都遇到過吧.就是對于中心差分格式,f'(x)=[f(x+h)-f(x-h)]/2h,f''(x)=[f(x+h)-2f(x)+f(x-h)]/h^2,但實際在具體已知一系列點(xi,yi),求這系列點的2階導數(shù)值,我可以先求其一階導數(shù)值,然后再用一階的差分公式求出2階的導數(shù),也可以直接用2階導數(shù)的差分公式求出,對這兩種算法,那個精度更高呢?
    數(shù)學人氣:164 ℃時間:2020-05-25 02:26:51
    優(yōu)質(zhì)解答
    答:本題是算是問對人了,
    如果你要想深入分析,需要用到函數(shù)的泰勒展開.
    1) 你說的兩種方法都可以用,但是后面的方法精度更高.
    f''(x)=[f(x+h)-2f(x)+f(x-h)]/h^2 方法是等效與 f''(x)=[f'(x+h/2)-f'(x-h/2)]/h 是2階精度
    2) 先求其一階導數(shù)值,然后再用一階的差分公式求出2階的導數(shù),是1階精度.
    就好比 f'(x)=[f(x+h)-f(x-h)]/2h 是2階精度,
    f'(x)=[f(x+h)-f(x)]/h 是1階精度.
    關(guān)鍵就是在泰勒展開方面
    f(x+h)=f(x)+f'(x)*h+b*f''(x)*h^2+c*f'''(x)*h^3 b,c為泰勒展開的系數(shù)
    f(x-h)=f(x)-f'(x)*h+b*f''(x)*h^2-c*f'''(x)*h^3
    可以看出 如果用 [f(x+h)-f(x)]/h =f'(x)+b*f''(x)*h+c*f'''(x)*h^2 后面的是誤差項.
    如果用 [f(x+h)-f(x=h)]/2h =f'(x) + c*f'''(x)*h^2 可以明顯看出第二種方法的誤差更小.
    同理可以推導二階導數(shù)的精度問題.
    如果有不明白的,可以進一步溝通
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