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Niveau Licence Maths 1e ann
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Interpolation d'Hermite

Posté par
Fractal
01-02-15 à 14:39

Bonjour,

Auriez-vous un lien, ou autre me permettant de comprendre l'interpolation d'Hermite, si possible sur la base d'un exemple simple (je connais un peu l'interpolation de Lagrange et le phénomène de Runge ainsi que les polynômes de Tchebitchev).

En effet, je me retrouve devant un exercice dans lequel cela est évoqué, mais je n'ai jamais vu cette interpolation avant.

J'ai cherché sur le net, mais ne n'ai rien trouvé de probant, je ne sais peut-être pas bien où chercher.

Tout renseignement en la matière me serait d'une grande aide.

Je vous remercie.

Posté par
lafol Moderateur
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 15:13

Bonjour
ceci ne te satisfait pas ?

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 15:19

Bonjour Lafol,

Je l'avais parcouru, mais "ça ne m'a pas parlé" plus que ça.
C'est comme pour Lagrange, j'ai compris le formel à partir d'un exemple numérique trouvé sur youtube. Dès que je l'ai compris, tout le formel s'en est découlé et ça m'a semblé plus limpide.
Mais là, non, franchement, je ne m'en sors pas avec ça, d'où ma recherche pour une exemple simple.

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 15:22


Mettons que je parte de points connus (tu m'étonnes, car sans cela on est mal barrés ...)
Est-ce que je dois faire une interpolation de Lagrange, trouvé mon polynômes d'interpolation, et ensuite dériver ce polynôme en cahcun des points ?

Ou est-ce totalement déconnecté de Lagrange ?

Posté par
lafol Moderateur
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 15:23

cherche un polynôme de degré 3 tel que P(0) = 1, P'(0)=0, P(1)=2 et P'(1)=1 pour te faire une idée

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 15:23

Mouai, et c'et devant mes yeux :

Citation :
Une méthode de construction de P consiste à prendre les carrés des polynômes de Lagrange ...

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 15:24

Citation :
cherche un polynôme de degré 3 tel que


Ok, je regarde cela et reviens après.

Posté par
lafol Moderateur
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 15:30

fais le d'une part de manière "naïve" : P(X) = aX^3 + bX^2 + cX + d, écrire le système d'équations en a,b,c,d qui traduit les conditions
puis reprends la méthode avec les carrés des polynômes de Lagrange décrite dans le wiki pour voir comment elle s'applique déjà avec n=1.

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 15:33

Déjà, il y a ça qui répond aux conditions que tu mas données :

P(X)=-X^3+2X^2+1

Posté par
lafol Moderateur
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 15:36

il n'y a même que ça
c'est l'unique polynôme de degré inférieur ou égal à 3 qui satisfait les quatre conditions.

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 15:40

Lafol, j'attaque avec cela à présent ?

L_j(x)=\underset{\underset{i\ne j}{i=0}}{\overset{n}{\Prod}}\frac{x-x_i}{x_j-x_i}

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 15:44

Citation :
il n'y a même que ça


Serait-il possible stp de  me rappeler  (très brièvement pour me remémorer) les raisons mêmes de son unicité ?

4 conditions pour un polynôme de degré inférieur ou égal à 3 ?

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 15:49

Théorème de l'unisolvance sûrement ....

Posté par
lafol Moderateur
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 15:52

quatre coeff à déterminer, quatre équations linéaires pour les déterminer, la plupart du temps, une unique solution au système

sans compter que dans ce cas précis, si on avait un deuxième polynôme Q qui vérifie les mêmes conditions, la différence P-Q s'annulerait en 0 et en 1 et aurait une dérivée nulle en 0 et en 1 : autrement dit 0 et 1 sont deux racines doubles de P-Q, qui est de degré inférieur ou égal à 3, comme P et Q, et donc ne peut avoir plus de 3 racines sans être identiquement nul.

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 15:59

Ok, merci.

Citation :
reprends la méthode avec les carrés des polynômes de Lagrange décrite dans le wiki pour voir comment elle s'applique déjà avec n=1


Je ne comprends pas ce que je dois faire.

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 16:05

Bon, restons calme.

Si je ne m'abuse, pour l'instant je n'ai en ma possession que les 2 points (0,1);(1,2)

Je recherche un polynôme interpolateur de degré 3, c'est bien cela ?

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 16:09

Je suis paumé ....

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 16:27

Je ne comprends pas.

J'ai pour l'instant connaissance que de mes 2 points (0,1);(1,2)

Si je pars sur la méthode de l'interpolation de Lagrange, à savoir l'utilisation de cela :

L_j(x)=\underset{\underset{i\ne j}{i=0}}{\overset{n}{\Prod}}\frac{x-x_i}{x_j-x_i}

puis de cela :

P_2(x)=\Sum_{j=0}^n y_i L_j(x)

J'en arrive à :

P_2(x)=x+1

On est loin de "notre" P(x)=-x^3+2x^2+1 trouvé plus haut.

Si je pars du lien Wiki, penses-tu que je dois retomber sur mes pattes ?

Interpolation d\'Hermite

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 16:47

Bon, je ne sais pas où je vais mais j'y vais ...

En considérant mon P_2 en vers ci-dessus et sur la figure ci-dessous en considérant P_2(x)=P_{Lagrange}(x)

et si à présent je pars sur :

q_j(x)=\underset{\underset{i\ne j}{i=0}}{\overset{n}{\Prod}}(\frac{x-x_i}{x_j-x_i})^2

avec le méthode présentée dans le wikipédia mentionné ci-dessus, j'en arrive à :

P_3(x)=\Sum_{j=0}^n y_i q_j(x)=3x^2-2x+1

qui est ma courbe en bleu, est-ce que c'est ce P_3 qui est le P_{Hermite} ?

Il "intercepte" bien aussi les 2 points, mais je n'ai nullement utilisé les dérivées ...

Interpolation d\'Hermite

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 16:48

Bon, je ne sais pas où je vais mais j'y vais ...

En considérant mon P_2 en vers ci-dessus et sur la figure ci-dessous en considérant P_2(x)=P_{Lagrange}(x)

et si à présent je pars sur :

q_j(x)=\underset{\underset{i\ne j}{i=0}}{\overset{n}{\Prod}}(\frac{x-x_i}{x_j-x_i})^2

avec le méthode présentée dans le wikipédia mentionné ci-dessus, j'en arrive à :

P_3(x)=\Sum_{j=0}^n y_i q_j(x)=3x^2-2x+1

qui est ma courbe en bleu, est-ce que c'est ce P_3 qui est le P_{Hermite} ?

Il "intercepte" bien aussi les 2 points, mais je n'ai nullement utilisé les dérivées ...

Interpolation d\'Hermite

Interpolation d\'Hermite

Posté par
lafol Moderateur
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 16:49

c'est bien ça le souci : depuis le départ, tu ne cherches pas à t'occuper des dérivées, pour ça que Lagrange, qui n'en tient pas comte, te donne une droite...

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 16:52

Oui, je commence à (entre)voir, mais mon polynôme en bleu, est-ce de l'Hermite ou pas du tout ?

Posté par
lafol Moderateur
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 16:56

Mais pour l'exercice qui t'intéresse, tu n'as pas besoin de tout ça : juste d'écrire le système comme tu l'as fait pour trouver -x^3 + 2x^2+1 ....
tu cherches trop à aller bien au-delà de où veulent t'emmener les rédacteurs de tes polys, j'ai l'impression. On te dit "Lagrange" et "Hermite" pour ta culture générale, pas pour que tu ailles chercher toute la théorie là dessus.

Posté par
lafol Moderateur
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 16:57

celui d'Hermite, c'est le rouge

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 17:00

Citation :
tu cherches trop à aller bien au-delà de où veulent t'emmener les rédacteurs de tes polys,


Dont acte, quoi que ...

Citation :
celui d'Hermite, c'est le rouge


Ok, donc là je vois vers quoi il faut tendre.

Donc mon bleu est une grosse daube pondu par la fait que je n'ai pas saisi le développement du polynôme en question du Wiki.

Je n'arrive pas à voir le développement en question pour retomber sur mes pattes.

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 17:04

Lagrange,

j'ai ça :

tex]L_j(x)=\underset{\underset{i\ne j}{i=0}}{\overset{n}{\Prod}}\frac{x-x_i}{x_j-x_i}[/tex]

et ça :

P_{Lagrange}(x)=\Sum_{j=0}^n y_i L_j(x)

L'Hermite,

J'ai ça :

q_j(x)=\underset{\underset{i\ne j}{i=0}}{\overset{n}{\Prod}}(\frac{x-x_i}{x_j-x_i})^2 (<== et là, je ne comprends pas pourquoi on prend les carré)


et après je ne sais pas :

P_{Hermite}= \text{ ???}

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 17:05

Je reprends.

Lagrange,

j'ai ça :

L_j(x)=\underset{\underset{i\ne j}{i=0}}{\overset{n}{\Prod}}\frac{x-x_i}{x_j-x_i}

et ça :

P_{Lagrange}(x)=\Sum_{j=0}^n y_i L_j(x)

L'Hermite,

J'ai ça :

q_j(x)=\underset{\underset{i\ne j}{i=0}}{\overset{n}{\Prod}}(\frac{x-x_i}{x_j-x_i})^2 (<== et là, je ne comprends pas pourquoi on prend les carré)


et après je ne sais pas :

P_{Hermite}= \text{ ???}

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 18:03

Et pour rajouter à ma confusion, il est dit que le polynôme d'interpolation de l'Hermite en n point est de degré 2n+1 ....

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 18:27

\Huge\red\textbf{YES !!!!!!!!!!!!!!!}

ça y est, je l'ai trouvé et je retombe sur mes pattes !

P_{Hermite}(x)=\Sum_{i=0}^ny_iH_i(x)+\Sum_{i=0}^n y'_i\overset{\sim}{H}_i(x)

avec :

H_i(x)=[1-2L'_i(x_i)(x-x_i)]L_i^2(x)

et

\overset{\sim}{H}_i(x)=(x-x_i)L_i^2(x)

en conservant :

L_j(x)=\underset{\underset{i\ne j}{i=0}}{\overset{n}{\Prod}}\frac{x-x_i}{x_j-x_i}

Il me reste(rait) donc à comprendre comment sont bâtis ces 2 "trucs" que sont :

H_i\text{ et }\overset{\sim}{H}_i(x)

Spline cubique ?

Posté par
lafol Moderateur
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 18:29

les q_j ne sont que des étapes pour arriver au polynôme d'Hermite, mais tu n'as absolument pas besoin de cette usine à gaz ! puisque tu as trouvé tout seul en résolvant un système linéaire ton polynôme
et dans l'exercice dont tu m'avais parlé, on te demande juste d'écrire le même système linéaire, mais au lieu de 0 et 1, tu as x_0, x_1 etc, et au lieu de valeurs particulières pour les images et nombres dérivés tu as des valeurs quelconques, mais c'est exactement le même travail

dans la première question tu as juste à dire que tu as 2n + 2 contraintes, qui te permettront de déterminer 2n+2 coefficients, donc un polynôme de degré au plus égal à 2n+1

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 18:32

On est donc dans ton exemple avec :

L_0(x)=-x+1 \text{ et }L'_0(x)=-1

L_1(x)=x \text{ et }L'_1(x)=1

et

H_0(x)=2x^3-3x^2+1

\overset{\sim}{H}_0(x)=x^3-2x^2+x

H_1(x)=-2x^3+3x^2

\overset{\sim}{H}_1(x)=x^3-x^2

Et donc :

P_{Hermite}(x)=-x^3+2x^2+1

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 18:35

Citation :
mais tu n'as absolument pas besoin de cette usine à gaz !


Oui Lafol, tu as tout à fait raison, mais on ne se refait pas.

J'ai besoin (parfois) d'en passer par là.

Faudrait que j'arrive à comprendre ces H_i\text{ et }\overset{\sim}{H}_i(x) et là je serais comblé, mais je m'attaque à gros j'ai l'impression, et effectivement à des km de ce qu'on semble me demander.

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 18:36

... et pour ton info, j'ai fini par regarder le corrigé de l'exercice en question .... que je n'ai toujours pas compris.

Mais je vais m'y repencher.

Posté par
lafol Moderateur
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 20:09

et moi je ne comprends pas ce que tu ne comprends pas ? ils ont juste écrit matriciellement le système P(x_i) = f_i, P'(x_i)=f'_i

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 01-02-15 à 20:54

Quand c'est dit, c'est tout de suite plus simple.
Quand est-ce qu'en télé-enseignement ils comprendront cette évidence ...

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 03-02-15 à 00:10

LAfol, 2 questions (et demie) stp :

1°)- Est-ce que tout cela a à voir avec les dites "splines cubiques" ?
Si oui, est-ce que cla me dépasse totalement ?

2°)- Est-ce que si je prends 3 points (avec leurs coordonnées connues), et les (3) coefficients directeurs en chacun de ces 3 points, donc 6 "contraintes), je peux par la méthodes ci-dessus faite de H_i\text{ et de }\overset{\sim}{H}_i(x), je peux trouver un (LE ?) polynôme du père Hermite ?

Merci

Posté par
lafol Moderateur
re : Interpolation d'Hermite 03-02-15 à 09:15

pour la deuxième question, calcule la valeur et le nombre dérivé en les x_i des tes polynômes H et H tilde : ça devrait t'aider à te convaincre que la combinaison linéaire que tu as écrite plus haut vérifie les bonnes conditions, quelque soient le nombre de points choisis
Dans ton exemple tu as 3 points, donc 6 contraintes, donc un polynôme de degré maxi 5

pour la première question les splines cubiques, c'est pas justement des courbes constituées de morceaux de cubiques assemblés pour donner une courbe continue et "lisse" ? Si oui, on a les valeurs et les pentes en chaque point, et entre deux points, on a donc 4 contraintes qui permettent de calculer un morceau de cubique : on cherche des tas de polynômes de Hermite de degré 3, en ne prenant que deux points voisins à chaque fois.

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 07-02-15 à 14:26

Lafol,

je ne comprends pas cela :

Citation :
pour la deuxième question, calcule la valeur et le nombre dérivé en les x_i des tes polynômes H et H tilde : ça devrait t'aider à te convaincre que la combinaison linéaire que tu as écrite plus haut vérifie les bonnes conditions, quelque soient le nombre de points choisis

Posté par
lafol Moderateur
re : Interpolation d'Hermite 07-02-15 à 17:26

j'aurais dû changer d'indice, pour ne pas emmêler les choses avec l'indice de sommation

calcule H_i(x_j) et H'_i(x_j) : tu devrais trouver un résultat différent selon que i = j ou non

ça te permettra de calculer P_{Hermite}(x_j) et P'_{Hermite}'x_j)

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 08-02-15 à 09:52

H'_i(x_j) ?

Posté par
lafol Moderateur
re : Interpolation d'Hermite 08-02-15 à 17:07

commence par H'_i(x) puis remplaces x par x_j
j'ai d'ailleurs oublié les tildes : il faudra faire pareil avec les H tildes ensuite

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 08-02-15 à 17:17

Bonjour Lafol,

Je suis toujours au combat (tu verras, je viens de poster un topic qui répond (en partie) aux questions que je t'ai envoyées par mail, mais qui m'en soulèvent d'autres ...)

Bon, je vais essayer de comprendre ce que tu veux là me faire toucher du doigt.

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 08-02-15 à 17:18
Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 08-02-15 à 17:32

Lafol,


J'ai peur de ne plus rien comprendre.

J'ai cela :

P_{Hermite}(x)=\Sum_{i=0}^ny_iH_i(x)+\Sum_{i=0}^n y'_i\overset{\sim}{H}_i(x)

avec :

H_i(x)=[1-2L'_i(x_i)(x-x_i)]L_i^2(x)

et

\overset{\sim}{H}_i(x)=(x-x_i)L_i^2(x)

ou bien  j'ai cela :

P_{Hermite}(x)=\Sum_{i=0}^ny_iH_i(x)+\Sum_{i=0}^n y'_i\overset{\sim}{H}_i(x)

avec :

H_i(x)=[1-2L'_i(x_{\color\red j})(x-x_{\color\red j})]L_i^2(x)

et

\overset{\sim}{H}_i(x)=(x-x_{\color\red j})L_i^2(x)

Posté par
lafol Moderateur
re : Interpolation d'Hermite 08-02-15 à 17:44

première version
mais je te proposais de calculer tout ça en remplaçant x, et pas x_i, par x_j ....

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 08-02-15 à 17:46

C'est cela que tu me demandes de dériver ?

H_i(x)=[1-2L'_i(x_j(x-x_j)]L_i^2(x)

Pour calculer ensuite H'_i(x_j)

C'est bien cela ?

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 08-02-15 à 17:47

Ne tiens pas compte de mon dernier post.

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 08-02-15 à 17:50

Donc on regarde cela : (je ne sais pas pourquoi mais allons voir)

H_i(x_j)=[1-2L'_i(x_i)(x_j-x_i)]L_i^2(x_j)

Mais qu'est-ce que x_j ?

Posté par
Fractal
re : Interpolation d'Hermite 08-02-15 à 17:51

x_i est l'abscisse du point considéré, mais x_j ?

Posté par
lafol Moderateur
re : Interpolation d'Hermite 08-02-15 à 18:09

un autre des n (ou n+1) points de départ

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