数值表
shù zhí biǎo
数值表是由方程或规则生成的输入(x)与输出(y)数对组成的表格,用于分析关系并绘制图像。
Definition
数值表列出满足某个规则或方程的成对数值:选取一些 $x$ 值,代入方程,记录得到的 $y$ 值,把一个抽象的方程变成一系列可以画在图上的具体的点。数值表中的规律揭示了这一关系的内在性质:差值恒定暗示是一次(线性)关系,二阶差值恒定暗示是二次关系,比值恒定则暗示是指数关系。严格地说,数值表是函数 $f: D \to \mathbb{R}$ 图像的一个有限取样,列出所选 $x_i \in D$ 对应的数对 $(x_i, f(x_i))$;数值方法用这样的表来近似函数和积分(例如黎曼和),而有限差分表则是牛顿插值法和拉格朗日插值法的基础。
Example
对于 $y = 2x + 1$:当 $x = 0$ 时,$y = 1$;当 $x = 1$ 时,$y = 3$;当 $x = 2$ 时,$y = 5$。对于 $y = x^2 - 2$:$x = -2$ 得 $y = 2$;$x = -1$ 得 $y = -1$;$x = 0$ 得 $y = -2$;表中的对称性反映了抛物线的对称轴。牛顿向前差分公式利用一张等间距的数值表来构造插值多项式:若 $f(0) = 1$,$f(1) = 4$,$f(2) = 9$,$f(3) = 16$,差分能揭示出其背后的多项式 $f(x) = (x+1)^2$。
Key Insight
数值表把一个抽象的方程变成一系列可以画在图上的具体的点。有限差分表是导数的离散类比:$n$ 阶有限差分对应连续情形下的 $n$ 阶导数,这把离散数值方法与微积分联系在了一起。