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@@ -12,12 +12,13 @@ Die $x_i$ heissen Stützstellen/Knoten, für welche $\tilde{f}(x_i) = y_i$ gelte
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\quad x_i, y_i \in \mathbb{R}
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\quad x_i, y_i \in \mathbb{R}
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\end{align*}
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\end{align*}
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Normalerweise stellt $f$ eine echte Messung dar, d.h. macht es Sinn anzunehmen dass $f$ glatt ist.
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Normalerweise stellt $f$ eine echte Messung dar, d.h. es macht Sinn anzunehmen dass $f$ glatt ist.
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Die informelle Problemstellung oben lässt sich durch Vektorräume formalisieren:
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Die informelle Problemstellung oben lässt sich durch Vektorräume formalisieren:
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$f \in \mathcal{V}$, wobei $\mathcal{V}$ ein Vektorraum mit $\dim(\mathcal{V}) = \infty$ ist. \\
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$f \in \mathcal{V}$, wobei $\mathcal{V}$ ein Vektorraum mit $\dim(\mathcal{V}) = \infty$ ist.
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Wir suchen d.h. $\tilde{f}$ in einem Unterraum $\mathcal{V}_n$ mit endlicher $\dim(\mathcal{V}_n) = n$.
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Wir suchen also $\tilde{f}$ in einem Unterraum $\mathcal{V}_n$ mit endlicher $\dim(\mathcal{V}_n) = n$.
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Sei $B_n = \{b_1,\ldots,b_n\}$ eine Basis für $\mathcal{V}_n$.
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Sei $B_n = \{b_1,\ldots,b_n\}$ eine Basis für $\mathcal{V}_n$.
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Dann lässt sich der Bezug zwischen $f$ und $\tilde{f} = f_n(x)$ so ausdrücken:
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Dann lässt sich der Bezug zwischen $f$ und $\tilde{f} = f_n(x)$ so ausdrücken:
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\begin{align*}
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\begin{align*}
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@@ -26,7 +27,7 @@ Dann lässt sich der Bezug zwischen $f$ und $\tilde{f} = f_n(x)$ so ausdrücken:
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\setLabelNumber{all}{1}
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\setLabelNumber{all}{1}
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\inlineremark Unterräume $\mathcal{V}_n$ existieren nicht nur für Polynome, wir beschränken uns aber auf $b_j(x) = x^{i-1}$.
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\inlineremark Unterräume $\mathcal{V}_n$ existieren nicht nur für Polynome, wir beschränken uns aber auf $b_j(x) = x^{i-1}$.
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Andere Möglichkeiten: $b_j = \cos((j-1)\cos^-1(x))$ \textit{(Chebyshev)} oder $b_j = e^{i2\pi j x}$ \textit{(Trigonometrisch)}
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Andere Möglichkeiten: $b_j = \cos((j-1)\cos^{-1}(x))$ \textit{(Chebyshev)} oder $b_j = e^{i2\pi j x}$ \textit{(Trigonometrisch)}
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\fancytheorem{Peano} $f$ stetig $\implies \exists p(x)$ welches $f$ in $||\cdot||_\infty$ beliebig gut approximiert.
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\fancytheorem{Peano} $f$ stetig $\implies \exists p(x)$ welches $f$ in $||\cdot||_\infty$ beliebig gut approximiert.
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@@ -127,7 +127,8 @@ Eine weitere Anwendung der Formel ist als Ausganspunkt für die Spektralmethode
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% ────────────────────────────────────────────────────────────────────
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\newpage
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\subsubsection{Fehler}
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\subsubsection{Fehler}
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Falls an den Stützstellen $x_i$ durch beispielsweise ungenaue Messungen unpräzise Werte $\tilde{y_i}$ haben, so entsteht logischerweise auch ein unpräzises Polynom $\tilde{p}(x)$.
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Falls wir an den Stützstellen $x_i$ durch beispielsweise ungenaue Messungen unpräzise Werte $\tilde{y_i}$ haben,
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so entsteht logischerweise auch ein unpräzises Polynom $\tilde{p}(x)$.
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Verglichen in der Lagrange-Basis zum korrekten Interpolationspolynom $p(x)$ ergibt sich folgender Fehler:
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Verglichen in der Lagrange-Basis zum korrekten Interpolationspolynom $p(x)$ ergibt sich folgender Fehler:
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\begin{align*}
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\begin{align*}
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|p(x) - \tilde{p}(x)| = \left| \sum_{i = 0}^{n} (y_i - \tilde{y_i}) l_i(x) \right| \leq \max_{i = 0, \ldots, n} |y_i - \tilde{y_i}| \cdot \sum_{i = 0}^{n} |l_i(x)|
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|p(x) - \tilde{p}(x)| = \left| \sum_{i = 0}^{n} (y_i - \tilde{y_i}) l_i(x) \right| \leq \max_{i = 0, \ldots, n} |y_i - \tilde{y_i}| \cdot \sum_{i = 0}^{n} |l_i(x)|
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@@ -1,8 +1,8 @@
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\subsubsection{DFT in Numpy}
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\subsubsection{DFT in Numpy}
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Sei $y$ in der Standardbasis, und $c = \mathcal{F}_N(y)$, also $y$ in der trig. Basis.
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Sei $y$ in der Standardbasis, und $c = \mathcal{F}_N(y)$, also $y$ in der trigonometrischen Basis.
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\begin{align*}
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\begin{align*}
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c = F_N \times y = \texttt{fft}(y)\quad \text{\textit{(DFT in numpy)}} & y = \frac{1}{N}F_N^Hc = \texttt{ifft}(c)\quad \textit{(Inverse DFT in numpy)}
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c = F_N \times y = \texttt{fft}(y)\quad \text{\textit{(DFT in numpy)}} & & y = \frac{1}{N}F_N^Hc = \texttt{ifft}(c)\quad \textit{(Inverse DFT in numpy)}
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\end{align*}
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\end{align*}
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Um zur ursprünglichen Darstellung des trig. Polynoms zurück zu kommen, müssen wir die Koeffizienten umsortieren: \\
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Um zur ursprünglichen Darstellung des trig. Polynoms zurück zu kommen, müssen wir die Koeffizienten umsortieren: \\
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@@ -93,6 +93,7 @@ wie in der untenstehenden Abbildung \ref{fig:aliasing} zu sehen:
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\caption{Aliasing für $f(t) = \cos(2\pi \cdot 19t)$. (Abbildung 3.5.10 aus dem Vorlesungsdokument von Prof. V. Gradinaru, Seite 100)}
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\caption{Aliasing für $f(t) = \cos(2\pi \cdot 19t)$. (Abbildung 3.5.10 aus dem Vorlesungsdokument von Prof. V. Gradinaru, Seite 100)}
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\label{fig:aliasing}
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\label{fig:aliasing}
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\end{figure}
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\end{figure}
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Für unser Signal bedeutet das also, dass wir eine Art Verzerrung auf der Aufnahme haben, oder für Autoräder, dass es so scheint, als würden sich die Räder rückwärts drehen.
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Für unser Signal bedeutet das also, dass wir eine Art Verzerrung auf der Aufnahme haben, oder für Autoräder, dass es so scheint, als würden sich die Räder rückwärts drehen.
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\begin{theorem}[]{Fehlerabschätzung}
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\begin{theorem}[]{Fehlerabschätzung}
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@@ -47,7 +47,7 @@ Auf Seite 102 im Skript findet sich auch eine effiziente Implementation dessen.
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\inlineremark Die Formel in Satz 2.4.16 (und in der eben erwähnten Implementierung) sind nichts anderes als eine Version der DCT (Discrete Cosine Transform).
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\inlineremark Die Formel in Satz 2.4.16 (und in der eben erwähnten Implementierung) sind nichts anderes als eine Version der DCT (Discrete Cosine Transform).
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Dies ist eine günstigere, aber beschränktere Variante der DFT, mit der nur reellwertige, gerade Funktionen interpoliert werden können.
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Dies ist eine günstigere, aber beschränktere Variante der DFT, mit der nur reellwertige, gerade Funktionen interpoliert werden können.
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\innumpy benutzen wir \texttt{scipy.fft.dct}. Dazu müssen die Mesungen in den Punkten $x_j = \cos\left( (j + 0.5) \cdot \frac{\pi}{N} \right)$
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\innumpy benutzen wir \texttt{scipy.fft.dct}. Dazu müssen die Mesungen in den Punkten $x_j = \cos\left( (j + 0.5) \cdot \frac{\pi}{N} \right)$ sein.
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\inlineremark Die Chebyshev-Koeffizienten $c_j$ können folgendermassen berechnet werden:
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\inlineremark Die Chebyshev-Koeffizienten $c_j$ können folgendermassen berechnet werden:
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