線性內插計算器
使用線性內插公式,估算兩個已知點之間的數值。
在兩點之間進行內插
輸入(x1, y1)、(x2, y2)以及目標x座標。
關於線性內插
線性內插用來估算兩個已知資料點之間的未知值。給定(x1, y1)與(x2, y2),它假設x由第一點移向第二點時,y以固定速率變化。公式為y = y1 + ((x - x1) / (x2 - x1))(y2 - y1)。本計算器計算此公式,並顯示內插比例,表示目標x在區間內的相對位置。
在x1處比例為零,在x2處為一;目標位於區間內時,比例介於零與一之間。例如,比例0.4表示目標位於從第一點到第二點水平距離的百分之四十處。相同比例也套用於y1到y2的垂直變化。這種按比例估算的方式容易理解,若實際關係確實為線性,便能得到精確結果。
兩個x座標必須不同,因為垂直排列的兩點無法將y定義為x的單值線性函數。y值可以相同,此時結果為常數。兩點可依任意順序輸入;將兩個完整端點交換,內插值不變。目標落在端點區間之外時,數學上仍可計算,但這稱為線性外插而非內插,且可能有較大的不確定性。
內插常用於估算表格項目之間的測量值、轉換刻度、填補時間序列缺值、圖形中的位置混合、儀器校正及工程資料近似。可靠度取決於端點間的變化是否大致呈直線。彎曲、不連續或快速變動的關係,可能需要多項式內插、樣條或領域專用模型。請保持單位一致:x1、x2與目標x使用相同單位,y1與y2也須使用相同單位。核對答案時,先算水平區間比例,乘以y2減y1,再將變化量加到y1。
範例
以下範例示範中點內插及依比例內插。
| 已知點與目標 | 內插值 | 說明 |
|---|---|---|
| (0, 10), (10, 30), x = 4 | y = 18 | 將y變化量的百分之四十加到10。 |
| (20, 68), (30, 86), x = 25 | y = 77 | 目標恰好位於兩個端點的中間。 |
| (100, 5), (200, 9), x = 175 | y = 8 | 比例0.75表示加上變化量的四分之三。 |
如何使用計算器
- 輸入第一個已知點的x與y座標。
- 輸入第二個已知點的x與y座標。
- 輸入想估算其對應值的目標x。
- 選取「計算內插值」,查看y值與區間比例。
常見問題
什麼是線性內插?
它假設變化速率固定,藉此估算兩個已知點之間的值。從幾何上看,估算點位於連接這兩點的直線上。
可以反向輸入端點嗎?
可以。交換兩個完整點,仍會得到相同直線與結果。比例改由反方向測量,但數學上仍一致。
目標在區間之外會怎樣?
公式仍會傳回數值,但此時稱為外插。超出已知資料範圍的預測,通常不如端點間的估算可靠。
為什麼x1與x2必須不同?
相同x座標會讓公式的分母為零。此內插模型無法透過垂直線為每個x定義唯一的y值。
何時應避免使用線性內插?
資料在兩點之間急遽變動或呈明顯曲線關係時,應避免使用。能反映實際過程的模型通常更準確。