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Aufgabe 3a ausführlicher beschrieben

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Martin Thoma 2013-09-19 18:23:05 +02:00
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\section*{Aufgabe 3}
\textbf{Gegeben:}
\begin{table}[h!]
\begin{tabular}{l||l|l|l|l}
$f_i$ & 7 & 1 & -1 & 7 \\\hline
$x_i$ & -1 & 0 & 1 & 2 \\
\end{tabular}
\end{table}
\subsection*{Teilaufgabe a)}
Allgemein lauten Lagrange-Polynome:
\[L_i = \frac{\overbrace{\prod_{j=0, j \neq i}^n (x-x_j)}^\text{Produkt der Nullstellen}}{\underbrace{\prod_{j=0, j \neq i}^n (x_i - x_j)}_\text{Normalisierungsfaktor}}\]
Im speziellen:
\begin{align}
L_0(x) &= - \frac{1}{6} \cdot (x^3 - 3 x^2 + 2x)\\
L_1(x) &= \frac{1}{2} \cdot (x^3 - 2x^2 - x + 2)\\
L_2(x) &= - \frac{1}{2} \cdot (x^3 - x^2 - 2x)\\
L_3(x) &= \frac{1}{6} \cdot (x^3 - x)
L_0(x) &= \frac{(x-0)(x-1)(x-2)}{(-1-0)(-1-1)(-1-2)} &&=-\frac{1}{6} \cdot (x^3 - 3 x^2 + 2x)\\
L_1(x) &= \frac{(x+1)(x-1)(x-2)}{(0+1)(0-1)(0-2)} &&= \frac{1}{2} \cdot (x^3 - 2x^2 - x + 2)\\
L_2(x) &= \frac{(x+1)x(x-2)}{(1+1)(1-0)(1-2)} &&=-\frac{1}{2} \cdot (x^3 - x^2 - 2x)\\
L_3(x) &= \frac{(x+1)(x-0)(x-1)}{(2+1)(2-0)(2-1)} &&= \frac{1}{6} \cdot (x^3 - x)
\end{align}
Damit ergibt sich:
Durch die Interpolationsformel von Lagrange
\[p(x) = \sum_{i=0}^n f_i L_i(x)\]
ergibt sich
\begin{align}
p(x) &= x^3 + 2x^2 - 5x + 1
\end{align}
Anmerkung: Es ist in der Klausur allerdings nicht notwendig die Monomdarstellung zu berechnen außer es wird explizit verlangt. (Das spart viel Zeit) % Anmerkung hinzugefügt von Felix Benz-Baldas
Anmerkung: Es ist nicht notwendig die Monomdarstellung zu berechnen.
In diesem Fall hat es jedoch das Endergebnis stark vereinfacht.
\subsection*{Teilaufgabe b)}
Zunächst die dividierten Differenzen berechnen: