习题 4.49
若区间 上的三次样条 为三阶连续可导函数, 求证: 必为多项式.
解答
解答使用 DeepSeek v3.2 Speciale 生成
证明
设 是区间 上的三次样条函数。即存在划分
使得 在每个子区间 上为次数不超过 的多项式,且 (二阶导数连续)。又已知 (三阶导数连续)。
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三阶导数为常数
在每个开区间 上, 是三次多项式,故其三阶导数 在该区间上为常数,记作 。由于 在 上连续,特别地在节点 处有 左极限等于 ,右极限等于 ,因此 。递推可得所有 相等,记公共常数为 。从而在整个 上 -
二阶导数为线性函数
由 (1) 式积分,在 上有 其中 为常数。因 连续,在节点 处满足 故 。于是所有 相等,记公共常数为 。因此 -
一阶导数和函数本身为多项式
对 (2) 积分,并利用 的连续性可得 在整个 上为二次多项式;再积分一次并利用 的连续性可得 为三次多项式(若 )或更低次多项式。总之, 在 上是一个多项式。
综上,若三次样条 具有连续的三阶导数,则 必为多项式。∎