On appelle spline cubique d'HermiteCharles Hermite , permettant de construire un polynôme de degré minimal (le polynôme doit avoir au minimum quatre degrés de liberté et être donc de degré 3) interpolant une fonction en deux points avec ses tangentes .
Calcul sur l'intervalle unité
modifier
Chaque polynôme P i ( x ) {\displaystyle P_{i}(x)}
Les quatre polynômes de base P i ∈ V e c t { h 00 , h 10 , h 01 , h 11 } {\displaystyle P_{i}\in Vect\{h_{00},h_{10},h_{01},h_{11}\}\,} avec
h 00 ( t ) = 2 t 3 − 3 t 2 + 1 {\displaystyle h_{00}(t)=2t^{3}-3t^{2}+1\,\!} h 10 ( t ) = t 3 − 2 t 2 + t {\displaystyle h_{10}(t)=t^{3}-2t^{2}+t\,\!} h 01 ( t ) = − 2 t 3 + 3 t 2 {\displaystyle h_{01}(t)=-2t^{3}+3t^{2}\,\!} h 11 ( t ) = t 3 − t 2 {\displaystyle h_{11}(t)=t^{3}-t^{2}\,\!} ce qui donne le polynôme suivant :
p ( t ) = h 00 ( t ) p 0 + h 10 ( t ) m 0 + h 01 ( t ) p 1 + h 11 ( t ) m 1 . {\displaystyle p(t)=h_{00}(t)p_{0}+h_{10}(t)m_{0}+h_{01}(t)p_{1}+h_{11}(t)m_{1}.} Sous cette écriture, il est possible de voir que le polynôme p vérifie :
p ( 0 ) = p 0 , p ( 1 ) = p 1 , p ′ ( 0 ) = m 0 et p ′ ( 1 ) = m 1 . {\displaystyle p(0)=p_{0},\,p(1)=p_{1},\,p'(0)=m_{0}{\text{ et }}p'(1)=m_{1}.} La courbe est déterminée par la position des points et des tangentes.
Extension à un intervalle quelconque
modifier
Pour trouver le polynôme tel que : P ( x 0 ) = p 0 , P ( x 1 ) = p 1 , P ′ ( x 0 ) = m 0 , P ′ ( x 1 ) = m 1 {\displaystyle P(x_{0})=p_{0},\;P(x_{1})=p_{1},\;P'(x_{0})=m_{0},\;P'(x_{1})=m_{1}}
p ( t ) = h 00 ( t ) p 0 + h 10 ( t ) m 0 ⋅ ( x 1 − x 0 ) + h 01 ( t ) p 1 + h 11 ( t ) m 1 ⋅ ( x 1 − x 0 ) . {\displaystyle p(t)=h_{00}(t)p_{0}+h_{10}(t)m_{0}\cdot (x_{1}-x_{0})+h_{01}(t)p_{1}+h_{11}(t)m_{1}\cdot (x_{1}-x_{0}).\!} et
P ( x ) = p ( x − x 0 x 1 − x 0 ) {\displaystyle P(x)=p\left({\frac {x-x_{0}}{x_{1}-x_{0}}}\right)} alors :
P ( x 0 ) = p ( x 0 − x 0 x 1 − x 0 ) = p ( 0 ) = p 0 , P ( x 1 ) = p ( x 1 − x 0 x 1 − x 0 ) = p ( 1 ) = p 1 {\displaystyle P(x_{0})=p\left({\frac {x_{0}-x_{0}}{x_{1}-x_{0}}}\right)=p(0)=p_{0},\ P(x_{1})=p\left({\frac {x_{1}-x_{0}}{x_{1}-x_{0}}}\right)=p(1)=p_{1}} P ′ ( x ) = 1 x 1 − x 0 p ′ ( x − x 0 x 1 − x 0 ) {\displaystyle P'(x)={\frac {1}{x_{1}-x_{0}}}p'\left({\frac {x-x_{0}}{x_{1}-x_{0}}}\right)} d'où
P ′ ( x 0 ) = 1 x 1 − x 0 p ′ ( x 0 − x 0 x 1 − x 0 ) = 1 x 1 − x 0 p ′ ( 0 ) = m 0 ( x 1 − x 0 ) ⋅ 1 x 1 − x 0 = m 0 , {\displaystyle P'(x_{0})={\frac {1}{x_{1}-x_{0}}}p'\left({\frac {x_{0}-x_{0}}{x_{1}-x_{0}}}\right)={\frac {1}{x_{1}-x_{0}}}p'(0)=m_{0}(x_{1}-x_{0})\cdot {\frac {1}{x_{1}-x_{0}}}=m_{0},} P ′ ( x 1 ) = 1 x 1 − x 0 p ′ ( x 1 − x 0 x 1 − x 0 ) = 1 x 1 − x 0 p ′ ( 1 ) = m 1 ( x 1 − x 0 ) ⋅ 1 x 1 − x 0 = m 1 . {\displaystyle P'(x_{1})={\frac {1}{x_{1}-x_{0}}}p'\left({\frac {x_{1}-x_{0}}{x_{1}-x_{0}}}\right)={\frac {1}{x_{1}-x_{0}}}p'(1)=m_{1}(x_{1}-x_{0})\cdot {\frac {1}{x_{1}-x_{0}}}=m_{1}.} 
