المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
تنفيذ وتقييم خطة إعادة الهيكلة (إعداد خطة إعادة الهيكلة1)
2024-11-05
مـعاييـر تحـسيـن الإنـتاجـيـة
2024-11-05
نـسـب الإنـتاجـيـة والغـرض مـنها
2024-11-05
المـقيـاس الكـلـي للإنتاجـيـة
2024-11-05
الإدارة بـمؤشـرات الإنـتاجـيـة (مـبادئ الإنـتـاجـيـة)
2024-11-05
زكاة الفطرة
2024-11-05

محلول مادة الـ (SDS)
2024-03-24
الاستفهام
26-03-2015
right node raising (RNR)
2023-11-10
type shifting
2023-12-01
‏ المتطلبات الرئيسية للتطبيق
29-6-2016
القاسم بن محمد بن أبي بكر
19-8-2016

Cubic Spline  
  
1650   01:56 صباحاً   date: 19-11-2021
Author : Bartels, R. H.; Beatty, J. C.; and Barsky, B. A
Book or Source : "Hermite and Cubic Spline Interpolation." Ch. 3 in An Introduction to Splines for Use in Computer Graphics and Geometric Modelling. San Francisco,...
Page and Part : ...


Read More
Date: 22-8-2021 1318
Date: 5-11-2021 1211
Date: 14-2-2016 1040

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.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.