Příklad užití Lagrangeova polynomu pro interpolaci čtyř bodů
Chceme-li interpolovat funkci, která je dána svými hodnotami v bodech , (body nazýváme uzly interpolace), a tedy požadujeme, aby hledaná funkce procházela zadanými body, můžeme použít interpolaci Lagrangeovým interpolačním polynomem. Interpolační funkce nám potom poslouží k získání polynomu procházejícím všemi body na intervalu .
Máme-li zadány hodnoty funkce v různých bodech, tzn. máme zadáno tzv. interpolačních podmínek pro polynom, je zřejmé, že stupeň hledaného polynomu bude . Lze ukázat, že mezi všemi polynomy nejvýše -tého stupně existuje právě jeden, který je interpolačním polynomem pro zadanou funkci. Pro určení interpolačního polynomu existuje několik postupů, ale je třeba si uvědomit, že pro zadanou funkci všechny postupy určí stejný polynom.
Lagrangeův interpolační polynom je jedním ze známějších a také snadných způsobů interpolace funkce zadané pouze v diskrétních bodech. Nechť tedy máme dáno bodů, přes které funkce prochází. Pak můžeme pomocí rovnice popsané ve Wikiknihách nalézt interpolační funkci, která se původní rovnici snaží co nejvíce přiblížit.
Konstrukce Lagrangeova interpolačního polynomu
Konstrukce Lagrangeova interpolačního polynomu:[1]
Známe-li uzlových bodů a jim odpovídající funkční hodnoty , sestavíme Lagrangeův interpolační polynom n-tého řádu následovně:
Obrázek vpravo ukazuje příklad konstrukce interpolačního polynomu . Známé body interpolované funkce , kde nabývá celočíselných hodnot od 0 do 3, nazýváme řídící body (barevné kružnice na obrázku). Cílem interpolace je, aby výsledná funkce (polynom) procházela všemi řídícími body.
Pomocné polynomy (barevné křivky na obrázku) prochází svými příslušnými řídícími body a v ostatních řídících bodech je jejich hodnota nulová. Lze je sestavit podle výše uvedených vzorců. Tedy:
Součtem všech pomocných polynomů tak vzniká polynom procházející všemi řídícími body (černá křivka na obrázku).
U polynomů vyšších řádů je výše popsaný postup časově náročný. Proto se využívá rovnosti , kde , ke konstrukci matice typu , jejíž řádky reprezentují lagrangeův polynom n-tého stupně vyčíslený v bodech . Vektor pravých stran je identickým se sloupcovým vektorem .