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] [ − 1 , 1 ] 上带有 N + 1 N+1 N + 1 个节点的等距网格的著名最小二乘方法,目标是用 n n n 次多项式逼近函数 f ∈ C [ − 1 , 1 ] f\in\mathcal{C}\left[-1,1\right] f ∈ C [ − 1 , 1 ] 。我们研究以下问题:对于何种比例 N / n N/n N / n 以及何种函数,最小二乘算子 L S n N : C [ − 1 , 1 ] → P n {LS}_n^N:\mathcal{C}\left[-1,1\right]\rightarrow\mathcal{P}_n L S n N : C [ − 1 , 1 ] → 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 Q k ( ⋅ ; α , β , N ) Q_k\left(\cdot;\alpha,\beta,N\right) Q k ( ⋅ ; α , β , N ) 的展开来描述最小二乘算子 L S n N {LS}_n^N L S n N 。在不对函数 f ∈ C [ − 1 , 1 ] f\in\mathcal{C}\left[-1,1\right] f ∈ C [ − 1 , 1 ] 作额外假设的情况下,无法保证一致收敛。但在 α = β \alpha=\beta α = β 且对 f f f 和 ( N n ) n ∈ N \left(N_n\right)_{n\in\mathbb{N}} ( N n ) n ∈ N 作额外假设时,我们得到收敛并证明如下结果:对 α ≥ 0 \alpha\geq0 α ≥ 0 ,令 f ∈ { g ∈ C ∞ [ − 1 , 1 ] : lim n → ∞ sup x ∈ [ − 1 , 1 ] ∣ g ( n ) ( x ) ∣ n α + 1 / 2 2 n n ! = 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\} f ∈ { g ∈ C ∞ [ − 1 , 1 ] : n → ∞ lim x ∈ [ − 1 , 1 ] sup g ( n ) ( x ) 2 n n ! n α + 1/2 = 0 } ,并令 ( N n ) n (N_n)_{n} ( N n ) n 为自然数序列且满足 N n ≥ 2 n ( n + 1 ) N_n\geq2n(n+1) N n ≥ 2 n ( n + 1 ) 。则最小二乘方法 L S n N n [ f ] {LS}_n^{N_n}[f] L S n N n [ f ] 在 [ − 1 , 1 ] [-1,1] [ − 1 , 1 ] 上一致收敛。在确定关于 sup 范数在类 K n + 1 : = { f ∈ C n + 1 [ − 1 , 1 ] : sup x ∈ [ − 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\} K n + 1 := { f ∈ C n + 1 [ − 1 , 1 ] : x ∈ [ − 1 , 1 ] sup f ( n + 1 ) ( x ) ≤ 1 } 上的最大误差(“最坏情形”)之前,我们先作此研究。
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