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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
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)。

  1. 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 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

  2. 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 。于是所有 相等,记公共常数为 。因此

  3. 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, 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。∎