We consider approximating analytic functions on the interval $[-1,1]$ from their values at a set of $m+1$ equispaced nodes. A result of Platte, Trefethen & Kuijlaars states that fast and stable approximation from equispaced samples is generally impossible. In particular, any method that converges exponentially fast must also be exponentially ill-conditioned. We prove a positive counterpart to this `impossibility' theorem. Our `possibility' theorem shows that there is a well-conditioned method that provides exponential decay of the error down to a finite, but user-controlled tolerance $\epsilon > 0$, which in practice can be chosen close to machine epsilon. The method is known as \textit{polynomial frame} approximation or \textit{polynomial extensions}. It uses algebraic polynomials of degree $n$ on an extended interval $[-\gamma,\gamma]$, $\gamma > 1$, to construct an approximation on $[-1,1]$ via a SVD-regularized least-squares fit. A key step in the proof of our possibility theorem is a new result on the maximal behaviour of a polynomial of degree $n$ on $[-1,1]$ that is simultaneously bounded by one at a set of $m+1$ equispaced nodes in $[-1,1]$ and $1/\epsilon$ on the extended interval $[-\gamma,\gamma]$. We show that linear oversampling, i.e., $m = c n \log(1/\epsilon) / \sqrt{\gamma^2-1}$, is sufficient for uniform boundedness of any such polynomial on $[-1,1]$. This result aside, we also prove an extended impossibility theorem, which shows that the possibility theorem (and consequently the method of polynomial frame approximation) is essentially optimal.
翻译:我们认为在 $[1,1] 间距上的解析函数与 $2+1$ 平准节点的值相近。 Platte 、 Trefethen 和 Kuijlaars 指出, 平准样本的快速和稳定近似通常是不可能的。 特别是, 任何指数快速趋同的方法也必须是指数化的。 我们证明, 此“ 隐不可及性” 矩形对等。 我们的“ 可存性” 矩形对应显示, 将错误的指数性衰减到一个限定值, 但用户控制的容忍度 $\ epsilon > 0美元。 在实践中, 可以从机器epsilont 中选择快速和稳定的近近近近近。 任何方法都必须是指数化的接近性{ polynomyal 扩展 。 我们的“ $ $ ” 超正数级多数值, 在 $( $ $ 的延长间隔上, 以 美元 美元, 美元 以 美元 以 美元 美元 以 美元 美元 以 美元 以 美元 以 以 以 以 美元 以 以 以 以 以 美元 美元 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 美元 以 以 表示 表示 以 以 以 以 以 以 表示 表示 表示 以 以 以 以 以 以 表示 以 表示 以 以 表示 以 表示 以 表示 以 表示 表示 以 以 以 以 表示 表示 以 以 以 表示 以 以 以 以 表示 表示 以 表示 以 以 表示 表示 以 以 以 以 以 以 以 以 以 表示 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 表示 以 表示 表示 表示