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Operador de desplazamiento en la fórmula de diferencias hacia delante y hacia atrás de Newton

Interpolación Fórmula de diferencia directa de Newton


Dejemos que $y=f(x)$ sea una función que toma valores $f(x_0),f(x_0+h),\cdots$ correspondientes a varios valores equiespaciados de $x$ con espacio $h$ , digamos que $x_0,x_0+h,\cdots$
Supongamos que queremos evaluar la función $f(x)$ para un valor $x_0+ph$ , donde $p$ es cualquier número real, entonces para cualquier número real $p$ tenemos el operador $E$ tal que \begin{align} E^pf(x)&=f(x+ph)\\ f(x_0+ph)=E^pf(x_0)&=(1+\Delta)^pf(x_0)\\ &=\left[1+p\Delta+\frac{p(p-1)}{2!}\Delta^2+\cdots \right]f(x_0) \end{align} $$f(x_0+ph)=f(x_0)+p\Delta f(x_0)+\frac{p(p-1)}{2!}\Delta^2 f(x_0)+\cdots+\frac{p(p-1)(p-2)\cdots(p-n+1)}{n!}\Delta^n f(x_0)+\text{Error}$$

Interpolación Fórmula de diferencia hacia atrás de Newton


Dejemos que $y=f(x)$ sea una función que toma valores $f(x_n),f(x_n-h),\cdots$ correspondientes a varios valores equiespaciados de $x$ con espacio $h$ , digamos que $x_n,x_n-h,\cdots$
Supongamos que queremos evaluar la función $f(x)$ para un valor $x_n+ph$ , donde $p$ es cualquier número real, entonces para cualquier número real $p$ tenemos el operador de desplazamiento $E$ tal que \begin{align} f(x_n+ph)=E^pf(x_n)=(E^{-1})^{-p}&=(1-\Delta)^{-p}f(x_n)\\ &=\left[1+p\Delta+\frac{p(p+1)}{2!}\Delta^2+\cdots \right]f(x_n) \end{align} $$f(x_n+ph)=f(x_n)+p\Delta f(x_n)+\frac{p(p-1)}{2!}\Delta^2 f(x_n)+\cdots+\frac{p(p+1)(p+2)\cdots(p+n-1)}{n!}\Delta^n f(x_n)+\text{Error}$$

Realmente tengo problemas con el operador de cambio mencionado en esta prueba. ¿Cómo funciona? $?$ Se agradecerá cualquier ayuda.
Gracias por adelantado.

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andy.holmes Puntos 518

El operador de desplazamiento toma una función $f$ y devuelve una función $E[f]$ . Esta nueva función tiene valores tomados de la antigua función por $E[f](x)=f(x+h)$ . La aplicación repetida da $E^k[f](x)=f(x+kh)$ .

El operador de diferencia se define como $Δ=E-1$ , $Δ[f](x)=f(x+h)-f(x)$ para que a cambio $E=1+Δ$ . El cálculo restante es la aplicación del teorema del binomio $$ E^p[f]=(1+Δ)^p[f]=f+\sum_{k=1}^p\binom{p}{k}Δ^k[f]. $$

La segunda fórmula utiliza un operador de diferencia diferente $Δ_-=1-E^{-1}=E^{-1}Δ$ , $Δ_-[f](x)=f(x)-f(x-h)$ . Entonces, efectivamente $E^{-1}=1-Δ_-$ y la serie binomial se puede aplicar (formalmente) $$ E^p=(1-Δ_-)^{-p}=\sum_{k=0}^\infty\binom{-p}k(-Δ_-)^k =\sum_{k=0}^\infty\binom{p+k-1}k(Δ_-)^k $$

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