Math Problem Statement

функция y=f(x) задана таблицей. Используя конечные разности до пятого порядка включительно, найти приближѐнные значения первой и второй производных этой функции в первых двух табличных точках. 1 3 5 7 9 11 13 y 3.1623 5.4772 7.0711 8.3666 9.4868 10.4881 11.4018

Solution

Чтобы найти приближенные значения первой и второй производных функции y=f(x)y = f(x), заданной таблицей, можно использовать методы конечных разностей. Рассмотрим таблицу значений yy для значений xx:

xx135791113
yy3.16235.47727.07118.36669.486810.488111.4018

1. Приближенные значения первой производной

Первая производная функции f(x)f'(x) может быть приближена с помощью конечных разностей. Для вычисления приближений на первой точке можно использовать центральные разности (по две соседние точки слева и справа):

Для x=1x = 1:

Поскольку точка x=1x = 1 — это первая точка в таблице, для приближенного вычисления производной мы можем использовать разности по соседним точкам:

f(1)f(3)f(1)31=5.47723.16232=2.31492=1.15745f'(1) \approx \frac{f(3) - f(1)}{3 - 1} = \frac{5.4772 - 3.1623}{2} = \frac{2.3149}{2} = 1.15745

Для x=3x = 3:

Здесь также применим центральные разности:

f(3)f(5)f(1)51=7.07113.16234=3.90884=0.9772f'(3) \approx \frac{f(5) - f(1)}{5 - 1} = \frac{7.0711 - 3.1623}{4} = \frac{3.9088}{4} = 0.9772

2. Приближенные значения второй производной

Вторая производная может быть приближена с помощью разностей второго порядка, то есть с использованием значений функции в трех точках, учитывая разницу между разностями.

Для x=1x = 1:

Вторая производная в точке x=1x = 1 может быть приближена через центральные разности второго порядка:

f(1)f(3)2f(1)+f(1)h2f''(1) \approx \frac{f(3) - 2f(1) + f(-1)}{h^2}

где h=1h = 1. Однако нам нужно учитывать, что для ( x = 1 \ нет значений для нажатия,

Ask a new question for Free

By Image

Drop file here or Click Here to upload

Math Problem Analysis

Mathematical Concepts

Finite Differences
Derivatives
Numerical Methods

Formulas

f'(x) ≈ (f(x+h) - f(x-h)) / 2h
f''(x) ≈ (f(x+h) - 2f(x) + f(x-h)) / h^2

Theorems

Central Difference Method
Finite Difference Approximation

Suitable Grade Level

Grades 11-12