Usuário:Lechatjaune/Spline cúbico

Definição

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Sejam   as abcissas dos pontos de interpolação. A spline cúbica é uma função: , definida no intervalo   com as seguintes propriedades:


1. Em cada segmento   é um polinômio cúbico.


2.   são funções contínuas no intervalo.


3.   , isto é, o polinômio passa pelos pontos dados.


Então a função é composta por   polinômios cúbicos (onde   é o número de pontos), e cada polinômio é determinado por 4 coeficientes  , que devem ser determinados. O polinômio tem a forma: . Para obtermos os 4 coeficientes   de cada um dos polinômios montaremos um sistema de equações lineares. Para  .


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A derivada primeira de   é:  .

E a derivada segunda de   é: .

Com as derivadas vamos substituir nas fórmulas listadas anteriormente com isso teremos as seguintes equações:


 

 

 

 


Para simplicar as formulas acima faremos:   E as reescrevemos como:


 

   

 

 


que podemos reescreve-las deixando em “função” dos coeficientes:

 

   

 


Para o coeficiente   trocamos   por   na 3ª equação de (1), e fazemos  .

Fazemos simplificações e obtemos:


   


Essa equação define um sistema de equações lineares para as incógnitas  . Além dos coeficientes   no sistema também existe a incógnita cn  que está relacionada à condição no extremo do intervalo e para determiná-la dependerá do tipo de spline que poderá ser: SPLINE NATURAL ou SPLINES COM CONDIÇÕES DE CONTORNO FIXADAS.

2.1 Spline Natural

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O spline natural deve satisfazer as condições:

 

 


Aplicando as condições:


  temos que  .

  temos que  .


Com   e a equação em (3) formamos um sistema de   equações  .


 


 
 

Resolvemos o sistema   e encontramos os coeficientes  , então substiruimos nas equações em (2) e encontramos os outros coeficientes  .

2.2 Spline com condições de contorno fixadas

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Nesse caso o spline deve satisfazer as mesmas condições da função nos extremos. São elas:


 

 


Substituindo   na derivada de  :

 .

Isso implica que  

Substituindo   na derivada de  :

 

 

Resumindo chegamos no problema de resolver o sistema formado pelas equações acima e a equação em (3)


 


 
 


Resolvemos o sistema   e encontramos os coeficientes  , então substiruimos nas equações em (2) e encontramos os outros coeficientes  .