Пусть задана функция . Часто нахождение значений этой функции может оказаться трудоемкой задачей. Например, - параметр в некоторой сложной задаче, после решения которой определяется значение f(x), или f(x) измеряется в дорогостоящем эксперименте. В этих случаях можно получить небольшую таблицу значений функции, но прямое нахождение ее значений при большом количестве значений аргумента нереально. В такой ситуации f(x) заменяется приближенной формулой , которая в определенном смысле близка к функции f(x). Близость обеспечивается введением в функцию свободных параметров и их соответствующим выбором.

Итак, известны значения функции f(x) в точках

, . Потребуем, чтобы для некоторой функции

выполнялись равенства:

(1)

Если (1) рассматривать как систему для определения , то этот способ называется интерполяцией (Лагранжевой).

Если зависит от нелинейно, то интерполяция нелинейная, иначе интерполяция линейная. В случае линейной интерполяции можно записать

(2)

(где - система линейно-независимых функций)

Подставим (2) в (1). Относительно получаем линейную систему уравнений:

, (3)

Для однозначной разрешимости системы должно быть .

Для того, чтобы задача нтерполирования имела единственное решение, система функций должна для любых несовпадающих удовлетворять условию:

(4)

Система функций, удовлетворяющая условию (4), называется чебышевской.

Наиболее простой и (для многих случаев) удобной является система функций , . Функция при этом представляет собой многочлен степени (интерполяционный многочлен) с коэффициентами .

Система уравнений (3) в этом случае имеет вид:

, (5)

Определителем этой системы является отличный от нуля определитель Вандермонда:

Отсюда следует, что интерполяционный многочлен существует и единственен.

Непосредственное решение системы (5) для нахождения a_j уже при небольших n приводит к сильному искажению значений a_j. Получим явный вид нтерполяционного многочлена , не решая систему (5).

Так как при , то делится на для любых , то есть

. Так как , то .

Таким образом,
(6)

Такая форма записи интерполяционного многочлена называется многочленом Лагранжа и обозначается, как правило, .

Существуют и другие формы записи того же самого интерполяционного многочлена.

Если обозначить , то

.

Тогда (6) можно записать в виде

В узлах многочлен Лагранжа совпадает с заданной функцией, в остальных точках в общем случае не совпадает с (кроме случая, когда многочлен степени не выше ). Разность - - остаточный член. Запишем ее в виде .

При . Найдем постоянную такую, чтобы в некоторой фиксированной точке , в которой мы рассматриваем погрешность.

Относительно будем предполагать кратную дифференцируемость.

Значение c, при котором существует и равно . Тогда функция равна нулю по крайней мере в точках .

По теореме Ролля производная равна нулю по крайней мере в точках . Далее, равна нулю по крайней мере в n точках и т.д.

Для - производной получаем, что существует по крайней мере одна точка такая, что .

Отсюда получаем при . В этом случае в точке , т.е. остаточный член в точке имеет вид:

Значение зависит от - точки, в которой рассматривается погрешность.

Оценка остаточного члена:

где