อ่าน 5 นาที
ค่าคงที่เลเบสก์
ในการวิเคราะห์เชิงตัวเลขค่าคงที่ของเลเบส (ขึ้นอยู่กับชุดของจุดและขนาดของชุดจุด) จะให้แนวคิดเกี่ยวกับความแม่นยำของการประมาณค่าฟังก์ชัน (ที่จุดที่กำหนด)...
ค่าคงที่เลเบสก์
ในการวิเคราะห์เชิงตัวเลขค่าคงที่ของเลเบส (ขึ้นอยู่กับชุดของจุดและขนาดของชุดจุด) จะให้แนวคิดเกี่ยวกับความแม่นยำของการประมาณค่าฟังก์ชัน (ที่จุดที่กำหนด) เมื่อเทียบกับการประมาณค่าพหุนาม ที่ดีที่สุด ของฟังก์ชัน (โดยที่ระดับของพหุนามคงที่) ค่าคงที่ของเลเบสสำหรับพหุนามที่มีระดับไม่เกินและสำหรับชุดของจุดโดยทั่วไปจะใช้สัญลักษณ์ค่าคงที่เหล่านี้ตั้งชื่อตามอองรี เลเบส
คำนิยาม
เรากำหนดจุดการแทรกสอดและช่วงที่ประกอบด้วยจุดการแทรกสอดทั้งหมด กระบวนการแทรกสอดจะแปลงฟังก์ชันไปเป็นพหุนามซึ่งเป็นการกำหนดการแมปจากปริภูมิของฟังก์ชันต่อเนื่องทั้งหมดไปยังตัวมันเอง การแมปนี้เป็นเชิงเส้นและเป็นการฉายภาพบนปริภูมิย่อยΠnของพหุนามดีกรีnหรือน้อยกว่า
ค่าคงที่เลเบสถูกนิยามว่าเป็นค่ามาตรฐานของ ตัวดำเนินการของ โดยนิยามนี้กำหนดให้เราต้องระบุค่ามาตรฐานบน ซึ่ง โดยปกติแล้ว ค่ามาตรฐานแบบเอกรูปจะสะดวกที่สุด
คุณสมบัติ
ค่าคงที่ของเลเบสกำหนดขอบเขตของข้อผิดพลาดในการประมาณค่า: ให้แทนการประมาณค่าที่ดีที่สุดของในบรรดาพหุนามที่มีดีกรีหรือน้อยกว่า กล่าวอีกนัยหนึ่งคือทำให้ค่าต่ำสุด ในบรรดา พหุนาม pทั้งหมดใน Π nจากนั้น
ในที่นี้เราจะพิสูจน์ข้อความนี้ด้วยค่ามาตรฐานสูงสุด
โดยอสมการสามเหลี่ยมแต่เป็นการฉายภาพบน Π nดังนั้น
- p ∗ − X ( f ) = X ( p ∗ ) − X ( f ) = X ( p ∗ − f ) .
ด้วยเหตุนี้ การพิสูจน์จึงเสร็จสิ้น เนื่องจาก. โปรดสังเกตว่าความสัมพันธ์นี้ยังเป็นกรณีพิเศษของทฤษฎีบทของเลเบสอีก ด้วย
กล่าวอีกนัยหนึ่ง พหุนามการแทรกสอดจะแย่กว่าการประมาณที่ดีที่สุดอย่างมากที่สุดเพียงΛ n ( T ) + 1 เท่าซึ่งบ่งชี้ว่าเราควรค้นหาชุดของจุดแทรกสอดที่มีค่าคงที่ของเลเบสก์น้อย
ค่าคงที่ของเลเบสสามารถแสดงได้ในรูปของ พหุนาม ฐานลากรางจ์ :
อันที่จริง เรามีฟังก์ชันเลเบสก์อยู่แล้ว
และค่าคงที่เลเบส (หรือเลขเลเบส) สำหรับตารางนั้นคือค่าสูงสุดของมัน
อย่างไรก็ตาม การหาการ แสดงออก ที่ชัดเจนสำหรับ Λ n ( T )นั้นไม่ใช่เรื่องง่าย
ค่าคงที่เลเบสขั้นต่ำ
ในกรณีที่จุดโหนดอยู่ห่างกันเท่าๆ กัน ค่าคงที่ของเลเบสจะเพิ่มขึ้นแบบเลขชี้กำลัง กล่าวคือ เรามีการประมาณค่าเชิงอะซิมโทติกดังต่อไปนี้
ในทางกลับกัน ค่าคงที่ของเลเบสจะเพิ่มขึ้นแบบลอการิทึมเท่านั้นหากใช้ โหนดเชบิเชฟ เนื่องจากเรามี
เราสรุปอีกครั้งว่าโหนดเชบิเชฟเป็นตัวเลือกที่ดีมากสำหรับการประมาณค่าแบบพหุนามอย่างไรก็ตาม มีการแปลงโหนดเชบิเชฟแบบง่าย (เชิงเส้น) ที่ให้ค่าคงที่เลเบสที่ดีกว่า ให้t iแทน โหนดเชบิเชฟที่ iจากนั้นกำหนด
สำหรับโหนดดังกล่าว:
อย่างไรก็ตาม โหนดเหล่านั้นไม่ใช่โหนดที่เหมาะสมที่สุด (กล่าวคือ พวกมันไม่ได้ทำให้ค่าคงที่ของเลเบสมีค่าน้อยที่สุด) และการค้นหาชุดโหนดที่เหมาะสมที่สุด (ซึ่งได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีเพียงหนึ่งเดียวภายใต้สมมติฐานบางประการ) ยังคงเป็นหัวข้อที่น่าสนใจในทางคณิตศาสตร์ในปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม ชุดโหนดนี้เหมาะสมที่สุดสำหรับการประมาณค่าในช่วงของฟังก์ชัน ที่สามารถหาอนุพันธ์ได้ nครั้ง ซึ่ง อนุพันธ์อันดับที่ nมีค่าสัมบูรณ์จำกัดด้วยค่าคงที่Mดังที่แสดงโดย NS Hoang โดยใช้คอมพิวเตอร์เราสามารถประมาณค่าของค่าคงที่ของเลเบสที่น้อยที่สุดได้ ในที่นี้สำหรับช่วงมาตรฐาน[−1, 1] :
n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Λ n ( T ) 1.0000 1.2500 1.4229 1.5595 1.6722 1.7681 1.8516 1.9255 1.9917
มีเซตของโหนดจำนวนนับไม่ถ้วนใน [−1,1] ที่ทำให้ค่าคงที่ของเลเบส มีค่าน้อยที่สุด สำหรับ n > 1 ที่กำหนดไว้ อย่างไรก็ตาม หากเราสมมติว่าเราใช้ −1 และ 1 เป็นโหนดสำหรับการแทรกสอดเสมอ (ซึ่งเรียกว่าการกำหนดค่าโหนด แบบมาตรฐาน ) เซตดังกล่าวจะมีเพียงหนึ่งเดียวและสมมาตรเป็นศูนย์ เพื่อแสดงให้เห็นคุณสมบัตินี้ เราจะมาดูว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อn = 2 (นั่นคือ เราพิจารณาโหนดการแทรกสอด 3 โหนด ซึ่งในกรณีนี้คุณสมบัติจะไม่ชัดเจน) เราสามารถตรวจสอบได้ว่าแต่ละเซตของโหนด (สมมาตรเป็นศูนย์) ประเภท(−a , 0, a )นั้นเหมาะสมที่สุดเมื่อ√ 8/3 ≤ a ≤ 1 (เราพิจารณาเฉพาะโหนดในช่วง [−1, 1] เท่านั้น) หากเราบังคับให้เซตของโหนดเป็นประเภท (−1, b , 1)แล้ว bจะต้องเท่ากับ 0 (ดูที่ฟังก์ชัน Lebesgue ซึ่งค่าสูงสุดคือค่าคงที่ Lebesgue) เซตของโหนดที่เหมาะสมที่สุดโดยพลการ (เช่น สมมาตรศูนย์หรืออสมมาตรศูนย์) ในช่วง [−1,1] เมื่อ n = 2 ได้รับการกำหนดโดย F. Schurer และในอีกรูปแบบหนึ่งโดย H.-J. Rack และ R. Vajda (2014)
หากเราสมมติว่าเราใช้ −1 และ 1 เป็นโหนดสำหรับการแทรกสอด ดังที่แสดงโดย H.-J. Rack (1984 และ 2013) สำหรับกรณีn = 3 ค่าที่ชัดเจนของโหนดการแทรกสอด 4 โหนดที่เหมาะสมที่สุด (ไม่ซ้ำกันและสมมาตรเป็นศูนย์) และค่าที่ชัดเจนของค่าคงที่ Lebesgue ขั้นต่ำเป็นที่ทราบกันดี ชุดโหนดการแทรกสอด 4 โหนดที่เหมาะสมที่สุด ตามอำเภอใจ ทั้งหมด ใน [1,1] เมื่อn = 3 ได้รับการกำหนดอย่างชัดเจนในสองวิธีที่แตกต่างกันแต่เทียบเท่ากันโดย H.-J. Rack และ R. Vajda (2015)
จุดปาดัวเป็นอีกชุดหนึ่งของโหนดที่มีการเติบโตช้า (แม้จะไม่ช้าเท่าโหนดเชบิเชฟ) และมีคุณสมบัติเพิ่มเติมคือเป็นชุดจุดที่มีตัวทำละลายเพียงตัวเดียว
ความไวของค่าพหุนาม
ค่าคงที่ของเลเบสยังปรากฏในปัญหาอื่นอีกด้วย ให้p ( x ) เป็นพหุนามดีกรีnที่แสดงในรูปแบบลากรางจ์ที่เกี่ยวข้องกับจุดในเวกเตอร์t (กล่าวคือ เวกเตอร์uของสัมประสิทธิ์คือเวกเตอร์ที่ประกอบด้วยค่า) ให้เป็นพหุนามที่ได้จากการเปลี่ยนสัมประสิทธิ์uของพหุนามp ( x ) เดิมเล็กน้อยเป็น พิจารณาอสมการต่อไปนี้:
นี่หมายความว่าข้อผิดพลาด (สัมพัทธ์) ในค่าของจะไม่สูงกว่าค่าคงที่เลเบสที่เหมาะสมคูณด้วยข้อผิดพลาดสัมพัทธ์ในสัมประสิทธิ์ ในแง่นี้ ค่าคงที่เลเบสสามารถมองได้ว่าเป็นเลขสภาพสัมพัทธ์ของตัวดำเนินการที่แมปเวกเตอร์สัมประสิทธิ์u แต่ละตัว ไปยังเซตของค่าของพหุนามที่มีสัมประสิทธิ์uในรูปแบบลากรางจ์ เราสามารถกำหนดตัวดำเนินการดังกล่าวสำหรับแต่ละฐานพหุนามได้ แต่เลขสภาพของมันจะมากกว่าค่าคงที่เลเบสที่เหมาะสมที่สุดสำหรับฐานที่สะดวกส่วนใหญ่
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ค่าคงที่เลเบสก์
ในการวิเคราะห์เชิงตัวเลขค่าคงที่ของเลเบส (ขึ้นอยู่กับชุดของจุดและขนาดของชุดจุด) จะให้แนวคิดเกี่ยวกับความแม่นยำของการประมาณค่าฟังก์ชัน (ที่จุดที่กำหนด)...
คำนิยาม
เรากำหนดจุดการแทรกสอดและ ช่วง ที่ประกอบด้วยจุดการแทรกสอดทั้งหมด กระบวนการแทรกสอดจะแปลงฟังก์ชันไปเป็นพหุนามซึ่งเป็นการกำหนดการแมป จาก ปริภูมิของฟังก์ชันต่อเนื่องทั้งหมดไปยังตัวมันเอง การแมปนี้เป็นเชิงเส้นและเป็นการ ฉายภาพ บนปริภูมิย่อย Πn ของพหุนามดีกรี n...
คุณสมบัติ
ค่าคงที่ของเลเบสกำหนดขอบเขตของข้อผิดพลาดในการประมาณค่า: ให้แทนการประมาณค่าที่ดีที่สุดของในบรรดาพหุนามที่มีดีกรีหรือน้อยกว่า กล่าวอีกนัยหนึ่งคือทำให้ค่าต่ำสุด ในบรรดา พหุนาม p ทั้งหมดใน Π n จากนั้น พี * {\displaystyle p^{*}} เอฟ {\displaystyle f} n...
ค่าคงที่เลเบสขั้นต่ำ
ในกรณีที่จุดโหนดอยู่ห่างกันเท่าๆ กัน ค่าคงที่ของเลเบส จะเพิ่มขึ้นแบบ เลขชี้กำลัง กล่าวคือ เรามีการประมาณค่าเชิงอะซิมโทติกดังต่อไปนี้