0
EN
1
المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

قم بتسجيل الدخول اولاً لكي يتسنى لك الاعجاب والتعليق.

Cubic Spline

المؤلف:  Bartels, R. H.; Beatty, J. C.; and Barsky, B. A

المصدر:  "Hermite and Cubic Spline Interpolation." Ch. 3 in An Introduction to Splines for Use in Computer Graphics and Geometric Modelling. San Francisco, CA: Morgan Kaufmann

الجزء والصفحة:  ...

19-11-2021

2495

+

-

20

Cubic Spline

CubicSpline

A cubic spline is a spline constructed of piecewise third-order polynomials which pass through a set of m control points. The second derivative of each polynomial is commonly set to zero at the endpoints, since this provides a boundary condition that completes the system of m-2 equations. This produces a so-called "natural" cubic spline and leads to a simple tridiagonal system which can be solved easily to give the coefficients of the polynomials. However, this choice is not the only one possible, and other boundary conditions can be used instead.

Cubic splines are implemented in the Wolfram Language as BSplineCurve[ptsSplineDegree -> 3].

Consider 1-dimensional spline for a set of n+1 points (y_0,y_1,...,y_n). Following Bartels et al. (1998, pp. 10-13), let the ith piece of the spline be represented by

 Y_i(t)=a_i+b_it+c_it^2+d_it^3,

(1)

where t is a parameter t in [0,1] and i=0, ..., n-1. Then

Y_i(0) = y_i=a_i

(2)

Y_i(1) = y_(i+1)=a_i+b_i+c_i+d_i.

(3)

Taking the derivative of y_i(t) in each interval then gives

= D_i=b_i

(4)

= D_(i+1)=b_i+2c_i+3d_i.

(5)

Solving (2)-(5) for a_ib_ic_i, and d_i then gives

a_i = y_i

(6)

b_i = D_i

(7)

c_i = 3(y_(i+1)-y_i)-2D_i-D_(i+1)

(8)

d_i = 2(y_i-y_(i+1))+D_i+D_(i+1).

(9)

Now require that the second derivatives also match at the points, so

Y_(i-1)(1) = y_i

(10)

=

(11)

Y_i(0) = y_i

(12)

=

(13)

for interior points, as well as that the endpoints satisfy

Y_0(0) = y_0

(14)

Y_(n-1)(1) = y_n

(15)

This gives a total of 4(n-1)+2=4n-2 equations for the 4n unknowns. To obtain two more conditions, require that the second derivatives at the endpoints be zero, so

= 0

(16)

= 0.

(17)

Rearranging all these equations (Bartels et al. 1998, pp. 12-13) leads to the following beautifully symmetric tridiagonal system

 [2 1     ; 1 4 1    ;  1 4 1   ;   1 4 1  ; | ... ... ... ... ... ...;     1 4 1;      1 2][D_0; D_1; D_2; D_3; |; D_(n-1); D_n]=[3(y_1-y_0); 3(y_2-y_0); 3(y_3-y_1); |; 3(y_(n-1)-y_(n-3)); 3(y_n-y_(n-2)); 3(y_n-y_(n-1))].

(18)

If the curve is instead closed, the system becomes

 [4 1     1; 1 4 1    ;  1 4 1   ;   1 4 1  ; | ... ... ... ... ... ...;     1 4 1; 1     1 4][D_0; D_1; D_2; D_3; |; D_(n-1); D_n]=[3(y_1-y_n); 3(y_2-y_0); 3(y_3-y_1); |; 3(y_(n-1)-y_(n-3)); 3(y_n-y_(n-2)); 3(y_0-y_(n-1))].

(19)


REFERENCES:

Bartels, R. H.; Beatty, J. C.; and Barsky, B. A. "Hermite and Cubic Spline Interpolation." Ch. 3 in An Introduction to Splines for Use in Computer Graphics and Geometric Modelling. San Francisco, CA: Morgan Kaufmann, pp. 9-17, 1998.

Burden, R. L.; Faires, J. D.; and Reynolds, A. C. Numerical Analysis, 6th ed. Boston, MA: Brooks/Cole, pp. 120-121, 1997.

Press, W. H.; Flannery, B. P.; Teukolsky, S. A.; and Vetterling, W. T. "Cubic Spline Interpolation." §3.3 in Numerical Recipes in FORTRAN: The Art of Scientific Computing, 2nd ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 107-110, 1992.

اشترك بقناتنا على التلجرام ليصلك كل ما هو جديد