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等距节点上离散最小二乘方法的收敛性

数值分析 2025-10-20 v1 数值分析

摘要

我们考虑在区间 [1,1][-1,1] 上带有 N+1N+1 个节点的等距网格的著名最小二乘方法,目标是用 nn 次多项式逼近函数 fC[1,1]f\in\mathcal{C}\left[-1,1\right]。我们研究以下问题:对于何种比例 N/nN/n 以及何种函数,最小二乘算子 LSnN:C[1,1]Pn{LS}_n^N:\mathcal{C}\left[-1,1\right]\rightarrow\mathcal{P}_n 具有一致收敛性?我们用 Jacobi 型的离散权函数来研究此问题。由此,我们通过函数按 Hahn 多项式 Qk(;α,β,N)Q_k\left(\cdot;\alpha,\beta,N\right) 的展开来描述最小二乘算子 LSnN{LS}_n^N。在不对函数 fC[1,1]f\in\mathcal{C}\left[-1,1\right] 作额外假设的情况下,无法保证一致收敛。但在 α=β\alpha=\beta 且对 ff(Nn)nN\left(N_n\right)_{n\in\mathbb{N}} 作额外假设时,我们得到收敛并证明如下结果:对 α0\alpha\geq0,令 f{gC[1,1]: limnsupx[1,1]g(n)(x)nα+1/22nn!=0}f\in\left\{g\in\mathcal{C}^\infty\left[-1,1\right]:\ \lim\limits_{n\to\infty}{\sup\limits_{x\in[-1,1]}{\left\lvert g^{(n)}(x)\right\rvert}\frac{n^{\alpha+1/2}}{2^nn!}}=0\right\},并令 (Nn)n(N_n)_{n} 为自然数序列且满足 Nn2n(n+1)N_n\geq2n(n+1)。则最小二乘方法 LSnNn[f]{LS}_n^{N_n}[f][1,1][-1,1] 上一致收敛。在确定关于 sup 范数在类 Kn+1:={fCn+1[1,1]: supx[1,1]f(n+1)(x)1}\mathcal{K}_{n+1}:=\left\{f\in\mathcal{C}^{n+1}\left[-1,1\right]:\ \sup\limits_{x\in[-1,1]}{\left\lvert f^{(n+1)}(x)\right\rvert\leq1}\right\} 上的最大误差(“最坏情形”)之前,我们先作此研究。

关键词

引用

@article{arxiv.1905.00461,
  title  = {On convergence of discrete methods of least squares on equidistant nodes},
  author = {René Goertz},
  journal= {arXiv preprint arXiv:1905.00461},
  year   = {2025}
}

备注

17 pages