Polinomio
Inviato: 08 giu 2005, 21:05
Comincio col dire di essere una frana nello spiegare.
Per caso ho scoperto sperimentalmente un metodo (che sembra funzionare) con il quale, dati n punti nel piano cartesiano equidistanti fra loro rispetto il valore della ascissa [ad es. i punti A(-1;1), B(1;3), C(3;2) hanno valore di ascissa uguale a -1, 1 e 3, ovvero una distanza pari a 2)] allora si può trovare l'equazione di un polinomio di grado m che passa per quei punti e che è l'unico di quello stesso grado che passa per quei punti... spero di essere stato chiaro, anche se lo dubito...
Quello che non riesco a trovare è la dimostrazione che questo mio procedimento funziona veramente... ho fatto molte prove e in effetti ha sempre funzionato.
Cercherò di spiegarmi facendo un esempio... si prendano i punti A(-6;2),B(-4;34),C(-2;18) e D(0;2). Chiameremo y(x) il polinomio che passa per quei punti. Avendo 4 punti avremo al massimo un polinomio di terzo grado (perchè se fosse di quarto grado ne potremmo avere infiniti) in quanto dobbiamo trovare l'unico polinomio di un grado m che passa per quei punti. E' ovvio che se i punti sono disposti come in una parabola di 2° grado allora il coefficiente di x^3 sarà zero e troveremo allora l'unica funzione di secondo grado che passerà per i punti (cmq nell'esempio non ci riguarda).
Notiamo che l'equidistanza (scusatemi se mi invento i termini e magari si dice in un altro modo, ma sono di un'ignoranza...) è di 2 (difatti i punti distano di 2 uno rispetto l'altro).
Ora mettiamo i valori delle ordinate in fila
2..34..18..2
eseguiamo la sottrazione deltra termini vicini:
34-2= 32
18-34= -16
2-18 =-16
Abbiamo ottenuto 3 nuovi numeri...
32 -16 -16
Se rifacciamo la sottrazione fra due numeri vicini ci viene
-16-32=-48
-16-(-16)=0
Effettuando ancora una volta la sottrazione ci viene:
0-(-48 )=48
Abbiamo costruito una piramide di sottrazioni del tipo:
2..34...18...2
.32..-16.-16
..-48...0
.....48
Ora ho verificato sperimentalmente che se divido 48 per:
(n-1)!d^(n-1)
dove n= numero di punti conosciuti (4 nel nostro caso)
.....d= distanza fra due punti (2 nel nostro caso)
otteniamo che:
48/(3!2^3=48/6*8=1
Questo 1 è esattamente il coefficiente della x di grado n-1 di quella funzione che passera per quei punti.
Quindi sappiamo che:
y(x) = 1*x^3+a*x^2+b*x+c dove a,b e c sono gli altri coefficienti da determinare.
Ora riduciamo il polinomio y(x) al secondo grado, sottraendo ai 4 punti la quantità x^3 relativa alla x in cui si trova il punto. Così otteniamo y(x) relativa a tre punti che formano una parabola (il punto D non lo calcolcoliamo perchè tanto è inutile).
Quindi per A(-6;2) avremo:
2-(-6)^3=218
per B(-4;34) avremo:
34-(-4)^3=98
per C(-2;18 ) avremo:
18-(-2 )^3=26
Abbiamo quindi tre punti:
218 98 26 sempre nei punti di ascissa -6,-4 e -2.
eseguiamo le sottrazione come abbiamo fatto sopra.
98 - 218 = -120
26 - 98 = -72
risottraendo i due numeri
-72 + 120 = 48
Abbiamo dunque una piramide del tipo:
218..98..16
.-120..-72
.....48
E' un caso sia venuto 48 come prima.
Riapplichiamo la formula precedente per trovare il coefficiente.
Stavolta il numero dei punti è 3, perchè abbiamo un'equazione di secondo grado, la equidistanza invece è sempre 2.
48/(3-1)!*2^(3-1)=48/2*4= 6
6 è il coefficiente a del polinomio di secondo grado, ovvero del termine x^2
Riprocediamo come prima riducendoci y(x) ad un polinomio di primo grado.
Prendiamo due numeri in quanto siamo di fronte ad una retta e ci ricaviamo il valore dell'ordinata nei punti -6 e -4 togliendo il valore 6*x^2 a 216 e 98.
Avremo dunque :
218-6*(-6)^2= 218 - 216 = 2
98-6*(-4)^2=98-96 = 2
I punti diventano dunque A(2;-6) B(2;-4).
Effettuando le sottrazioni abbiamo che:
2-2=0
La piramide si riduce a una cosa semplice come:
.2 2
..0
0 è dunque il coefficiente b della retta.
Ora ci riscriviamo y(x) arrivando al grado 0 della x.
Essendo il coefficiente della x pari a 0, non sottraremo niente ai precedenti numeri. Essendoci rimasto un polinomio di grado 0 sarà chiaro che il termine noto, ovvero d, sarà uguale a 2.
Abbiamo dunque che il polinomio che passa per quei 4 punti iniziali sarà
y(x) = x^3 + 6*x^2 + 2
Ho fatto un programma con c++ e ho visto che funziona praticamente sempre, anche con frazioni... mi manca da farlo funzionare se i punti non sono equidistanti... PERO' siccome che io avevo intenzione di portare tutto ciò (compreso il programma) alla tesina d'esame sia per sistemi che per matematica vorrei sapere, ovvero avere la dimostrazione che io non riesco a trovare, del fatto che:
"eseguendo le sottrazioni "a piramide" fra i valori delle ordinate di punti equidistanti rispetto la propria ascissa e dividendo il numero finale della piramide per
(n-1)!d^(n-1)
dove n= numero di punti conosciuti (4 nel nostro caso)
d= distanza fra due punti (2 nel nostro caso)
otteniamo il coefficiente della x di grado n-1"
Come si dimostra questa cosa???????
Per caso ho scoperto sperimentalmente un metodo (che sembra funzionare) con il quale, dati n punti nel piano cartesiano equidistanti fra loro rispetto il valore della ascissa [ad es. i punti A(-1;1), B(1;3), C(3;2) hanno valore di ascissa uguale a -1, 1 e 3, ovvero una distanza pari a 2)] allora si può trovare l'equazione di un polinomio di grado m che passa per quei punti e che è l'unico di quello stesso grado che passa per quei punti... spero di essere stato chiaro, anche se lo dubito...
Quello che non riesco a trovare è la dimostrazione che questo mio procedimento funziona veramente... ho fatto molte prove e in effetti ha sempre funzionato.
Cercherò di spiegarmi facendo un esempio... si prendano i punti A(-6;2),B(-4;34),C(-2;18) e D(0;2). Chiameremo y(x) il polinomio che passa per quei punti. Avendo 4 punti avremo al massimo un polinomio di terzo grado (perchè se fosse di quarto grado ne potremmo avere infiniti) in quanto dobbiamo trovare l'unico polinomio di un grado m che passa per quei punti. E' ovvio che se i punti sono disposti come in una parabola di 2° grado allora il coefficiente di x^3 sarà zero e troveremo allora l'unica funzione di secondo grado che passerà per i punti (cmq nell'esempio non ci riguarda).
Notiamo che l'equidistanza (scusatemi se mi invento i termini e magari si dice in un altro modo, ma sono di un'ignoranza...) è di 2 (difatti i punti distano di 2 uno rispetto l'altro).
Ora mettiamo i valori delle ordinate in fila
2..34..18..2
eseguiamo la sottrazione deltra termini vicini:
34-2= 32
18-34= -16
2-18 =-16
Abbiamo ottenuto 3 nuovi numeri...
32 -16 -16
Se rifacciamo la sottrazione fra due numeri vicini ci viene
-16-32=-48
-16-(-16)=0
Effettuando ancora una volta la sottrazione ci viene:
0-(-48 )=48
Abbiamo costruito una piramide di sottrazioni del tipo:
2..34...18...2
.32..-16.-16
..-48...0
.....48
Ora ho verificato sperimentalmente che se divido 48 per:
(n-1)!d^(n-1)
dove n= numero di punti conosciuti (4 nel nostro caso)
.....d= distanza fra due punti (2 nel nostro caso)
otteniamo che:
48/(3!2^3=48/6*8=1
Questo 1 è esattamente il coefficiente della x di grado n-1 di quella funzione che passera per quei punti.
Quindi sappiamo che:
y(x) = 1*x^3+a*x^2+b*x+c dove a,b e c sono gli altri coefficienti da determinare.
Ora riduciamo il polinomio y(x) al secondo grado, sottraendo ai 4 punti la quantità x^3 relativa alla x in cui si trova il punto. Così otteniamo y(x) relativa a tre punti che formano una parabola (il punto D non lo calcolcoliamo perchè tanto è inutile).
Quindi per A(-6;2) avremo:
2-(-6)^3=218
per B(-4;34) avremo:
34-(-4)^3=98
per C(-2;18 ) avremo:
18-(-2 )^3=26
Abbiamo quindi tre punti:
218 98 26 sempre nei punti di ascissa -6,-4 e -2.
eseguiamo le sottrazione come abbiamo fatto sopra.
98 - 218 = -120
26 - 98 = -72
risottraendo i due numeri
-72 + 120 = 48
Abbiamo dunque una piramide del tipo:
218..98..16
.-120..-72
.....48
E' un caso sia venuto 48 come prima.
Riapplichiamo la formula precedente per trovare il coefficiente.
Stavolta il numero dei punti è 3, perchè abbiamo un'equazione di secondo grado, la equidistanza invece è sempre 2.
48/(3-1)!*2^(3-1)=48/2*4= 6
6 è il coefficiente a del polinomio di secondo grado, ovvero del termine x^2
Riprocediamo come prima riducendoci y(x) ad un polinomio di primo grado.
Prendiamo due numeri in quanto siamo di fronte ad una retta e ci ricaviamo il valore dell'ordinata nei punti -6 e -4 togliendo il valore 6*x^2 a 216 e 98.
Avremo dunque :
218-6*(-6)^2= 218 - 216 = 2
98-6*(-4)^2=98-96 = 2
I punti diventano dunque A(2;-6) B(2;-4).
Effettuando le sottrazioni abbiamo che:
2-2=0
La piramide si riduce a una cosa semplice come:
.2 2
..0
0 è dunque il coefficiente b della retta.
Ora ci riscriviamo y(x) arrivando al grado 0 della x.
Essendo il coefficiente della x pari a 0, non sottraremo niente ai precedenti numeri. Essendoci rimasto un polinomio di grado 0 sarà chiaro che il termine noto, ovvero d, sarà uguale a 2.
Abbiamo dunque che il polinomio che passa per quei 4 punti iniziali sarà
y(x) = x^3 + 6*x^2 + 2
Ho fatto un programma con c++ e ho visto che funziona praticamente sempre, anche con frazioni... mi manca da farlo funzionare se i punti non sono equidistanti... PERO' siccome che io avevo intenzione di portare tutto ciò (compreso il programma) alla tesina d'esame sia per sistemi che per matematica vorrei sapere, ovvero avere la dimostrazione che io non riesco a trovare, del fatto che:
"eseguendo le sottrazioni "a piramide" fra i valori delle ordinate di punti equidistanti rispetto la propria ascissa e dividendo il numero finale della piramide per
(n-1)!d^(n-1)
dove n= numero di punti conosciuti (4 nel nostro caso)
d= distanza fra due punti (2 nel nostro caso)
otteniamo il coefficiente della x di grado n-1"
Come si dimostra questa cosa???????