{"id":2178,"date":"2025-08-13T22:07:54","date_gmt":"2025-08-13T22:07:54","guid":{"rendered":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/?p=2178"},"modified":"2025-08-13T22:29:56","modified_gmt":"2025-08-13T22:29:56","slug":"vandermonde-matrices-are-merely-exponentially-ill-conditioned","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/2025\/08\/13\/vandermonde-matrices-are-merely-exponentially-ill-conditioned\/","title":{"rendered":"Vandermonde Matrices are Merely Exponentially Ill-Conditioned"},"content":{"rendered":"\n<p>I am excited to share that my paper <em><a href=\"https:\/\/arxiv.org\/abs\/2508.06486\">Does block size matter in randomized block Krylov low-rank approximation?<\/a><\/em> has recently been released on arXiv. In that paper, we study the <a href=\"https:\/\/proceedings.neurips.cc\/paper_files\/paper\/2015\/hash\/1efa39bcaec6f3900149160693694536-Abstract.html\">randomized block<\/a> <a href=\"https:\/\/arxiv.org\/abs\/2306.12418\">Krylov iteration<\/a> (RBKI) algorithm for <a href=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/category\/low-rank-approximation-toolbox\/\">low-rank approximation<\/a>. <a href=\"https:\/\/proceedings.neurips.cc\/paper_files\/paper\/2015\/hash\/1efa39bcaec6f3900149160693694536-Abstract.html\">Existing<\/a> <a href=\"https:\/\/arxiv.org\/abs\/2306.12418\">results<\/a> <a href=\"https:\/\/arxiv.org\/abs\/2305.02535\">show<\/a> that RBKI is efficient at producing rank-<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f65286b751f121928913d4aa91d94ee9_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#107;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"9\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> approximations with a large block size of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f65286b751f121928913d4aa91d94ee9_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#107;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"9\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> or a small block size of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-27e3598fd2d4f0491067f1afaced92e9_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"7\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>, but these results give poor results for intermediate block sizes <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b744d34209bf9116c3e3be8b682bc4e2_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#49;&#92;&#108;&#108;&#32;&#98;&#32;&#92;&#108;&#108;&#32;&#107;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"80\" style=\"vertical-align: -1px;\"\/>. But <a href=\"https:\/\/arxiv.org\/html\/2508.06486v1#S1.SS1\">often<\/a> these intermediate block sizes are the most efficient in practice. In our paper, we close this theoretical gap, showing RBKI is efficient for any block size <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-63727ab567045761e4ed7a88ec736fbb_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#49;&#92;&#108;&#101;&#32;&#98;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#107;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"72\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/>. Check out <a href=\"https:\/\/arxiv.org\/abs\/2508.06486\">the paper<\/a> for details!<\/p>\n\n\n\n<p>In our paper, the core technical challenge is understanding the condition number of a random block Krylov matrix of the form <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 22px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3a6ec37fe54d09f2ee9f6f2c648dafd1_l3.png\" height=\"22\" width=\"225\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#75;&#32;&#61;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#71;&#32;&#38;&#32;&#65;&#71;&#32;&#38;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#32;&#38;&#32;&#65;&#94;&#123;&#116;&#45;&#49;&#125;&#71;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#44;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>where <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-11f4f587954b361e7d78940f65b8d70d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"13\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> is an <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-41c0efe7f3a82ce93dc2542200956ad7_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#110;&#92;&#116;&#105;&#109;&#101;&#115;&#32;&#110;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"9\" width=\"43\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> real <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Symmetric_matrix\">symmetric<\/a> <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Definite_matrix#Definitions\">positive semidefinite<\/a> matrix and <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-53c2a72f422a8e6f02f2e3ac92c66d78_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#71;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> is an <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-edcab7f1cea334f26c0b9883e1b9a7cd_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#110;&#92;&#116;&#105;&#109;&#101;&#115;&#32;&#40;&#110;&#47;&#98;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"73\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> random <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Normal_distribution#Standard_normal_distribution\">Gaussian<\/a> matrix. Proving this result was not easy, and our proof required several ingredients. In this post, I want to talk about just one of them: Gautschi&#8217;s bound on the conditioning of <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Vandermonde_matrix\">Vandermonde matrices<\/a>. (Check out Gautschi&#8217;s original paper <strong><a href=\"https:\/\/www.cs.purdue.edu\/homes\/wxg\/selected_works\/section_01\/016.pdf\">here<\/a><\/strong>.)<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Evaluating a Polynomial and Vandermonde Matrices<\/h2>\n\n\n\n<p>Let us begin with one the humblest but most important characters in mathematics, the univariate polynomial <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 22px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-ba898ff67858e9c5a76463593337b542_l3.png\" height=\"22\" width=\"248\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#112;&#95;&#97;&#40;&#117;&#41;&#32;&#61;&#32;&#97;&#95;&#49;&#32;&#43;&#32;&#97;&#95;&#50;&#32;&#117;&#43;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#32;&#43;&#32;&#97;&#95;&#116;&#32;&#117;&#94;&#123;&#116;&#45;&#49;&#125;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>Here, we have set the degree to be <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-5a40608d41d546b3dcefcd8dc01a9a8b_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#116;&#45;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"36\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> and have written the polynomial <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-85067379eaa410455629b7666e4204e8_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#112;&#95;&#97;&#40;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"36\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> parametrically in terms of its vector of coefficients <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-556b8eed8e98c92aa5e6b1d5def1ebc5_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#97;&#32;&#61;&#32;&#40;&#97;&#95;&#49;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#97;&#95;&#116;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"118\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>. The polynomials of degree at most <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-5a40608d41d546b3dcefcd8dc01a9a8b_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#116;&#45;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"36\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> form a <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Vector_space\">linear space<\/a> of dimension <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f7c31707f29cc03d143ea78c9833003e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"6\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>, and the monomials <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-39f74ace4790ee321d498578ff3ab3b3_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#49;&#44;&#117;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#117;&#94;&#123;&#116;&#45;&#49;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"97\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> provide a <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Basis_(linear_algebra)\">basis<\/a> for this space. In this post, we will permit the coefficients <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-bc2726aeeb36165068ce0f35c9a9289b_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#97;&#32;&#92;&#105;&#110;&#32;&#92;&#99;&#111;&#109;&#112;&#108;&#101;&#120;&#94;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"49\" style=\"vertical-align: -1px;\"\/> to be complex numbers.<\/p>\n\n\n\n<p>Given a polynomial, we often wish to evaluate it at a set of inputs. Specifically, let <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3489458c863c01514c524469aa34e14c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#115;&#32;&#92;&#105;&#110;&#32;&#92;&#99;&#111;&#109;&#112;&#108;&#101;&#120;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"110\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> be <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-237419ccf116597dd4054fbf1cca1281_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#115;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"8\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> (<em><mark style=\"background-color:#fff4d7\" class=\"has-inline-color\">distinct<\/mark><\/em>) input <em>locations<\/em>. If we evaluate <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-96b6443f0a7d5bf83c4b6aa33d100456_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#112;&#95;&#97;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"17\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> at each number, we obtain a list of (output) values, which we denote by <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8ca686328a95f2f981509d06adab4f64_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#102;&#32;&#61;&#32;&#40;&#112;&#95;&#97;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#41;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#112;&#95;&#97;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#115;&#41;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"184\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-237419ccf116597dd4054fbf1cca1281_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#115;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"8\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> (distinct) values, each of which given by the formula <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 55px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-eaaf53acb1f30e1ced80af4704800e02_l3.png\" height=\"55\" width=\"156\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#112;&#95;&#97;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#41;&#32;&#61;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#106;&#61;&#49;&#125;&#94;&#116;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#94;&#123;&#106;&#45;&#49;&#125;&#32;&#97;&#95;&#106;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>Observe that the outputs <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-c23e757cb6bd08fe194e942085387dcd_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#102;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"10\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> are a <em>nonlinear<\/em> function of the input values <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-c252618ceeb5905d69dcb7fffd94b651_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"10\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> but a <em>linear<\/em> function of the coefficients <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a75c3139cf459f4de0ac69cfbed08a4c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#97;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"9\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>. We may call the mapping <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-845a6988458133b9b6fef6a14cf7d4a7_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#97;&#32;&#92;&#109;&#97;&#112;&#115;&#116;&#111;&#32;&#102;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"47\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> the <em>coefficients-to-values map.<\/em><\/p>\n\n\n\n<p>Every linear transformation between vectors <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Linear_map#Matrices\">can<\/a> be realized as a matrix\u2013vector product, and the matrix for the coefficients-to-values map is called a <em><a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Vandermonde_matrix\">Vandermonde matrix<\/a><\/em> <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8a416b3e64d82c5ac2bf7ce6b503c266_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#86;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>. It is given by the formula <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 119px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2d100f803f43a4910ba6c03d2edde384_l3.png\" height=\"119\" width=\"290\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#86;&#61;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#49;&#32;&#38;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#32;&#38;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#94;&#50;&#32;&#38;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#32;&#38;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#94;&#123;&#116;&#45;&#49;&#125;&#32;&#92;&#92;&#32;&#49;&#32;&#38;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#32;&#38;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#94;&#50;&#32;&#38;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#32;&#38;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#94;&#123;&#116;&#45;&#49;&#125;&#32;&#92;&#92;&#32;&#49;&#32;&#38;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#51;&#32;&#38;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#51;&#94;&#50;&#32;&#38;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#32;&#38;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#51;&#94;&#123;&#116;&#45;&#49;&#125;&#32;&#92;&#92;&#32;&#92;&#118;&#100;&#111;&#116;&#115;&#32;&#38;&#32;&#92;&#118;&#100;&#111;&#116;&#115;&#32;&#38;&#32;&#92;&#118;&#100;&#111;&#116;&#115;&#32;&#38;&#32;&#92;&#100;&#100;&#111;&#116;&#115;&#32;&#38;&#32;&#92;&#118;&#100;&#111;&#116;&#115;&#32;&#92;&#92;&#32;&#49;&#32;&#38;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#115;&#32;&#38;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#115;&#94;&#50;&#32;&#38;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#32;&#38;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#115;&#94;&#123;&#116;&#45;&#49;&#125;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#92;&#105;&#110;&#32;&#92;&#99;&#111;&#109;&#112;&#108;&#101;&#120;&#94;&#123;&#115;&#92;&#116;&#105;&#109;&#101;&#115;&#32;&#116;&#125;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>The Vandermonde matrix defines the coefficients-to-values map in the sense that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f0ecb4890f20ce20e9045fdcba9b3a14_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#102;&#32;&#61;&#32;&#86;&#97;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"58\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/>.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Interpolating by a Polynomial and Inverting a Vandermonde Matrix<\/h2>\n\n\n\n<p>Going forward, let us set <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-796ec1a781dcbefc701b3c0d511cb6d3_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#115;&#32;&#61;&#32;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"38\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> so the number of locations <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-451849f8c465c58958c1e0dd500b3b73_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#32;&#61;&#32;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#116;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"120\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> equals the number of coefficients <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-556b8eed8e98c92aa5e6b1d5def1ebc5_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#97;&#32;&#61;&#32;&#40;&#97;&#95;&#49;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#97;&#95;&#116;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"118\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>. The Vandermonde matrix maps the vector of coefficients <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a75c3139cf459f4de0ac69cfbed08a4c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#97;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"9\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> to the vector of values <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-669d42f4e36951ca33553c209cc34894_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#102;&#32;&#61;&#32;&#40;&#102;&#95;&#49;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#102;&#95;&#116;&#41;&#32;&#61;&#32;&#40;&#112;&#95;&#97;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#41;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#112;&#95;&#97;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#116;&#41;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"290\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>. Its inverse <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-cf1e6cecc55954ea67fc74ff36bcc253_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#86;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"31\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> maps a set of values <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-c23e757cb6bd08fe194e942085387dcd_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#102;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"10\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> to a set of coefficients <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a75c3139cf459f4de0ac69cfbed08a4c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#97;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"9\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> defining a polynomial <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-96b6443f0a7d5bf83c4b6aa33d100456_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#112;&#95;&#97;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"17\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> which interpolates the values <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-c23e757cb6bd08fe194e942085387dcd_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#102;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"10\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/>: <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 19px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-0cab3d96a2006c60b95e665b3c9afc97_l3.png\" height=\"19\" width=\"218\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#112;&#95;&#97;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#41;&#32;&#61;&#32;&#102;&#95;&#105;&#32;&#92;&#113;&#117;&#97;&#100;&#32;&#92;&#116;&#101;&#120;&#116;&#123;&#102;&#111;&#114;&#32;&#125;&#32;&#105;&#32;&#61;&#49;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#116;&#32;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>More concisely, multiplying the inverse of a Vandermonde matrix solves the problem of <em><a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Polynomial_interpolation\">polynomial interpolation<\/a><\/em>.<\/p>\n\n\n\n<p>To solve the polynomial interpolation problem with Vandermonde matrices, we can do the following. Given values <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-c23e757cb6bd08fe194e942085387dcd_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#102;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"10\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/>, we first solve the linear system of equations <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-4393e7b38406714dedad2347d8cd6d10_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#86;&#97;&#32;&#61;&#32;&#102;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"57\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/>, obtaining a vector of coefficients <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-5c5824cfce7656b073e450c1e7c4b960_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#97;&#32;&#61;&#32;&#86;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#102;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"76\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/>. Then, define the interpolating polynomial <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 22px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (1) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b44af0dbb2f4e6b3c74a40b23d074f68_l3.png\" height=\"22\" width=\"372\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#113;&#40;&#117;&#41;&#32;&#61;&#32;&#97;&#95;&#49;&#32;&#43;&#32;&#97;&#95;&#50;&#32;&#117;&#32;&#43;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#32;&#43;&#32;&#97;&#95;&#116;&#32;&#117;&#94;&#123;&#116;&#45;&#49;&#125;&#32;&#92;&#113;&#117;&#97;&#100;&#32;&#92;&#116;&#101;&#120;&#116;&#123;&#119;&#105;&#116;&#104;&#32;&#125;&#32;&#97;&#32;&#61;&#32;&#86;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#32;&#102;&#46;&#32;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>The polynomial <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-1d83a8e8f99aa0fb16ebf30cc43326a2_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#113;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"8\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> interpolates the values <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-c23e757cb6bd08fe194e942085387dcd_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#102;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"10\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> at the locations <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2d04a02ef3c4041d8bb119d0c1fbeca5_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"15\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/>, <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-9779bbcae2df6afdf79ad9ecff128e1d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#113;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#41;&#32;&#61;&#32;&#112;&#95;&#97;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#41;&#32;&#61;&#32;&#102;&#95;&#105;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"146\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Lagrange Interpolation<\/h2>\n\n\n\n<p>Inverting a the Vandermonde matrix is one way to solve the polynomial interpolation problem, but the polynomial interpolation can also be solved directly. To do so, first notice that we can construct a special polynomial <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-31302aa0c0258b9f906c2d47773ccbe0_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#40;&#117;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#41;&#40;&#117;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#51;&#41;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#40;&#117;&#45;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#116;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"214\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> that is zero at the locations <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2fb38d15a0b79670f7b1b16b12a3d257_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"72\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> but nonzero at the first location <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-54fe00c6802b6abfc28f5ad7731e1d85_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"16\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/>. (Remember that we have assumed that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-e4a4814544fec7a1bbef424a236b9f59_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"72\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> are <em><mark style=\"background-color:#fff4d7\" class=\"has-inline-color\">distinct<\/mark><\/em>.) Further, by rescaling this polynomial to<p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 43px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-174996c439ec13555388925748a3269e_l3.png\" height=\"43\" width=\"310\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#101;&#108;&#108;&#95;&#49;&#40;&#117;&#41;&#32;&#61;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#40;&#117;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#41;&#40;&#117;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#51;&#41;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#40;&#117;&#45;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#116;&#41;&#125;&#123;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#41;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#51;&#41;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#45;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#116;&#41;&#125;&#44;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>we obtain a polynomial whose value at <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-54fe00c6802b6abfc28f5ad7731e1d85_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"16\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> can be set to <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-27e3598fd2d4f0491067f1afaced92e9_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"7\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>. Likewise, for each <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-4015d3bcae440238eb2e7a73e66bae43_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#105;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"6\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>, we can define a similar polynomial <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 43px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (2) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-5453dea91bda2e744ca98b5dc0ae9790_l3.png\" height=\"43\" width=\"427\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#101;&#108;&#108;&#95;&#105;&#40;&#117;&#41;&#32;&#61;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#40;&#117;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#41;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#40;&#117;&#45;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#123;&#105;&#45;&#49;&#125;&#41;&#32;&#40;&#117;&#45;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#123;&#105;&#43;&#49;&#125;&#41;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#40;&#117;&#45;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#116;&#41;&#125;&#123;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#41;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#45;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#123;&#105;&#45;&#49;&#125;&#41;&#32;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#45;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#123;&#105;&#43;&#49;&#125;&#41;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#45;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#116;&#41;&#125;&#44;&#32;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>which is <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-27e3598fd2d4f0491067f1afaced92e9_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"7\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> at <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2d04a02ef3c4041d8bb119d0c1fbeca5_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"15\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> and zero at <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d1ea2ec6eea2ddbb658b054fc4e837e7_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#106;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"18\" width=\"16\" style=\"vertical-align: -6px;\"\/> for <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-08a4473998b8d131e2872754469c4498_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#106;&#92;&#110;&#101;&#32;&#105;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"17\" width=\"39\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/>. Using the Dirac delta symbol, we may write <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 54px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-64c4effeb0f12225a76059d89ccce692_l3.png\" height=\"54\" width=\"198\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#101;&#108;&#108;&#95;&#105;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#106;&#41;&#32;&#61;&#32;&#92;&#100;&#101;&#108;&#116;&#97;&#95;&#123;&#105;&#106;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#99;&#97;&#115;&#101;&#115;&#125;&#32;&#49;&#44;&#32;&#38;&#32;&#105;&#32;&#61;&#32;&#106;&#44;&#32;&#92;&#92;&#32;&#48;&#44;&#32;&#38;&#32;&#105;&#92;&#110;&#101;&#32;&#106;&#46;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#99;&#97;&#115;&#101;&#115;&#125;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>The polynomials <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-314036f38fc615bf602031c004ec67e0_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#101;&#108;&#108;&#95;&#105;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"12\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> are called the <em><a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Polynomial_interpolation#Lagrange_Interpolation\">Lagrange polynomials<\/a><\/em> of the locations <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2aed4e9874aefeda34f6b4c60d5bca36_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#113;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"18\" width=\"74\" style=\"vertical-align: -6px;\"\/>. Below is an interactive illustration of the second Lagrange polynomial <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-148b10f4547d4f44d795a4799d1f4e82_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#101;&#108;&#108;&#95;&#50;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"14\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> associated with the points <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-efc971a052af1bca29b3507c32ffa9dc_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#32;&#61;&#32;&#105;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"45\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> (with <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a8a54363f4b1c87436be08a0ff4957bb_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#116;&#32;&#61;&#32;&#53;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"38\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>).<\/p>\n\n\n\n<iframe loading=\"lazy\" src=\"https:\/\/www.desmos.com\/calculator\/5jfa3kqpp0?embed\" width=\"500\" height=\"500\" style=\"border: 1px solid #ccc\" frameborder=0><\/iframe>\n\n\n\n<p>With the Lagrange polynomials in hand, the polynomial interpolation problem is easy. To obtain a polynomial whose values are <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-c23e757cb6bd08fe194e942085387dcd_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#102;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"10\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/>, simply multiply each Lagrange polynomial <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-314036f38fc615bf602031c004ec67e0_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#101;&#108;&#108;&#95;&#105;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"12\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> by the value <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b02cb1757ffee20ef7c9f3c580867c48_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#102;&#95;&#105;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"14\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> and sum up, obtaining <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 52px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-c1c5043718b5df795a883a6a60d26aaf_l3.png\" height=\"52\" width=\"139\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#113;&#40;&#117;&#41;&#32;&#61;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#49;&#125;&#94;&#116;&#32;&#102;&#95;&#105;&#32;&#92;&#101;&#108;&#108;&#95;&#105;&#40;&#117;&#41;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>The polynomial <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-1d83a8e8f99aa0fb16ebf30cc43326a2_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#113;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"8\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> interpolates the values <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-c23e757cb6bd08fe194e942085387dcd_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#102;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"10\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/>. Indeed, <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 52px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (3) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-90032b377ebe250ef36dccba2186b6ce_l3.png\" height=\"52\" width=\"280\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#113;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#106;&#41;&#32;&#61;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#49;&#125;&#94;&#116;&#32;&#102;&#95;&#105;&#32;&#92;&#101;&#108;&#108;&#95;&#105;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#106;&#41;&#32;&#61;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#49;&#125;&#94;&#116;&#32;&#102;&#95;&#105;&#32;&#92;&#100;&#101;&#108;&#116;&#97;&#95;&#123;&#105;&#106;&#125;&#32;&#61;&#32;&#102;&#95;&#106;&#46;&#32;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p> The interpolating polynomial computed is shown in the interactive display below:<\/p>\n\n\n\n<iframe loading=\"lazy\" src=\"https:\/\/www.desmos.com\/calculator\/slqzpv3jqg?embed\" width=\"500\" height=\"500\" style=\"border: 1px solid #ccc\" frameborder=0><\/iframe>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">From Lagrange to Vandermonde via Elementary Symmetric Polynomials<\/h2>\n\n\n\n<p>We now have two ways of solving the polynomial interpolation problem, the Vandermonde way (1) and the Lagrange way (3). Ultimately, the difference between these formulas is one of <em><a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Basis_(linear_algebra)\">basis<\/a><\/em>: The Vandermonde formula (1) expresses the interpolating polynomial <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-1d83a8e8f99aa0fb16ebf30cc43326a2_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#113;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"8\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> as a <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Linear_combination\">linear combination<\/a> of monomials <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-39f74ace4790ee321d498578ff3ab3b3_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#49;&#44;&#117;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#117;&#94;&#123;&#116;&#45;&#49;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"97\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> and the Lagrange formula (3) expresses <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-1d83a8e8f99aa0fb16ebf30cc43326a2_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#113;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"8\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> as a linear combination of the Lagrange polynomials <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f83e648e47a694a9fa358d697d9251e2_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#101;&#108;&#108;&#95;&#49;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#92;&#101;&#108;&#108;&#95;&#110;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"69\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/>. To convert between these formulas, we just need to express the Lagrange polynomial basis in the monomial basis.<\/p>\n\n\n\n<p>To do so, let us examine the Lagrange polynomials more closely. Consider first the case <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-61bf3c2ee120e2494080732e86df7e2d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#116;&#32;&#61;&#32;&#52;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"39\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>, and consider the fourth <em><mark style=\"background-color:#fff4d7\" class=\"has-inline-color\">unnormalized<\/mark><\/em> Lagrange polynomial <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 19px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d3fe2471c7c0557476992f6f7a1361cf_l3.png\" height=\"19\" width=\"194\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#40;&#117;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#41;&#32;&#40;&#117;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#41;&#32;&#40;&#117;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#51;&#41;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>Expanding this polynomial in the monomials <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8f8e4b854a9b65ac9e924924060aba39_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#117;&#94;&#105;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"15\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>, we obtain the expression <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 22px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-ad4d01202c2b9a69e395412829cc7fed_l3.png\" height=\"22\" width=\"581\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#40;&#117;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#41;&#32;&#40;&#117;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#41;&#32;&#40;&#117;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#51;&#41;&#32;&#61;&#32;&#117;&#94;&#51;&#32;&#45;&#32;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#32;&#43;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#32;&#43;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#51;&#41;&#32;&#117;&#94;&#50;&#32;&#43;&#32;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#32;&#43;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#51;&#32;&#43;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#51;&#41;&#117;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#51;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>Looking at the coefficients of this polynomial in <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-0a4093b232696c87a445d0fa1a862a1b_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#117;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"10\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>, we recognize some pretty distinctive expressions involving the <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2d04a02ef3c4041d8bb119d0c1fbeca5_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"15\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/>&#8216;s:<\/p>\n\n\n\n<p><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 73px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-5f993664929afdfbc65dff312f3cbf7f_l3.png\" height=\"73\" width=\"300\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#108;&#105;&#103;&#110;&#42;&#125;&#92;&#116;&#101;&#120;&#116;&#123;&#99;&#111;&#101;&#102;&#102;&#105;&#99;&#105;&#101;&#110;&#116;&#32;&#111;&#102;&#32;&#36;&#117;&#94;&#50;&#36;&#125;&#32;&#38;&#61;&#32;&#45;&#32;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#32;&#43;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#32;&#43;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#51;&#41;&#44;&#32;&#92;&#92;&#92;&#116;&#101;&#120;&#116;&#123;&#99;&#111;&#101;&#102;&#102;&#105;&#99;&#105;&#101;&#110;&#116;&#32;&#111;&#102;&#32;&#36;&#117;&#36;&#125;&#32;&#38;&#61;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#32;&#43;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#51;&#32;&#43;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#51;&#44;&#32;&#92;&#92;&#92;&#116;&#101;&#120;&#116;&#123;&#99;&#111;&#101;&#102;&#102;&#105;&#99;&#105;&#101;&#110;&#116;&#32;&#111;&#102;&#32;&#36;&#49;&#36;&#125;&#32;&#38;&#61;&#32;&#32;&#45;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#51;&#46;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#108;&#105;&#103;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p>Indeed, these expressions are special. Up to a plus-or-minus sign, they are called the <em><a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Elementary_symmetric_polynomial\">elementary symmetric polynomials<\/a><\/em> of the locations <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2d04a02ef3c4041d8bb119d0c1fbeca5_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"15\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/>. Specifically, given numbers <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f9ed6ddd9ede2491946eb9cebb55360b_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#109;&#117;&#95;&#49;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#92;&#109;&#117;&#95;&#115;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"75\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/>, the <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f65286b751f121928913d4aa91d94ee9_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#107;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"9\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>th elementary symmetric polynomial <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-da0b46ddb38e09916c65cf313eda5053_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#101;&#95;&#107;&#40;&#92;&#109;&#117;&#95;&#49;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#92;&#109;&#117;&#95;&#115;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"105\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> is defined as the sum of all products <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b7276750876fc4ac827d60b51309c974_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#109;&#117;&#95;&#123;&#105;&#95;&#49;&#125;&#32;&#92;&#109;&#117;&#95;&#123;&#105;&#95;&#50;&#125;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#32;&#92;&#109;&#117;&#95;&#123;&#105;&#95;&#107;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"94\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f65286b751f121928913d4aa91d94ee9_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#107;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"9\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> values, i.e., <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 40px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-49b00bf8f1a0f6fc399e029516a4682e_l3.png\" height=\"40\" width=\"327\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#101;&#95;&#107;&#40;&#92;&#109;&#117;&#95;&#49;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#92;&#109;&#117;&#95;&#123;&#116;&#45;&#49;&#125;&#41;&#32;&#61;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#95;&#49;&#32;&#60;&#32;&#105;&#95;&#50;&#32;&#60;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#32;&#60;&#32;&#105;&#95;&#107;&#125;&#32;&#92;&#109;&#117;&#95;&#123;&#105;&#95;&#49;&#125;&#92;&#109;&#117;&#95;&#123;&#105;&#95;&#50;&#125;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#32;&#92;&#109;&#117;&#95;&#123;&#105;&#95;&#107;&#125;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>The zeroth elementary symmetric polynomial is <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-27e3598fd2d4f0491067f1afaced92e9_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"7\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> by convention.<\/p>\n\n\n\n<p>The elementary symmetric polynomials appear all the time in mathematics. In particular, they are the coefficients of the <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Characteristic_polynomial\">characteristic polynomial<\/a> of a matrix and feature heavily in the theory of <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Determinantal_point_process\">determinantal point processes<\/a>. For our purposes, the key observation will be that the elementary symmetric polynomials appear whenever one expands out an expression like <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-5de9104a959bfb271d82526171257c07_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#40;&#117;&#32;&#43;&#32;&#92;&#109;&#117;&#95;&#49;&#41;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#32;&#40;&#117;&#32;&#43;&#32;&#92;&#109;&#117;&#95;&#107;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"153\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>:<\/p>\n\n\n\n<blockquote class=\"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow\">\n<p><strong>Lemma 1 (Expanding a product of linear functions). <\/strong>It holds that <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 56px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-fe26dd7ba2e215fba4fea5cd28147cb2_l3.png\" height=\"56\" width=\"416\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#40;&#117;&#32;&#43;&#32;&#92;&#109;&#117;&#95;&#49;&#41;&#32;&#40;&#117;&#32;&#43;&#32;&#92;&#109;&#117;&#95;&#50;&#41;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#32;&#40;&#117;&#43;&#92;&#109;&#117;&#95;&#107;&#41;&#32;&#61;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#106;&#61;&#48;&#125;&#94;&#107;&#32;&#101;&#95;&#123;&#107;&#45;&#106;&#125;&#40;&#92;&#109;&#117;&#95;&#49;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#92;&#109;&#117;&#95;&#107;&#41;&#32;&#117;&#94;&#106;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n<p>Using this fact, we obtain an expression for the Lagrange polynomials in the monomial basis. Let <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-50841bbd24da2bccb067172d7ff953f1_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#123;&#45;&#105;&#125;&#32;&#61;&#32;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#123;&#105;&#45;&#49;&#125;&#44;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#123;&#105;&#43;&#49;&#125;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#116;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"251\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> denote the list of locations without <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2d04a02ef3c4041d8bb119d0c1fbeca5_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"15\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/>. Then the <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-4015d3bcae440238eb2e7a73e66bae43_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#105;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"6\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>th Lagrange polynomial is given by <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 53px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-15d6cb602dcf916e14363b25a013870d_l3.png\" height=\"53\" width=\"235\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#101;&#108;&#108;&#95;&#105;&#40;&#117;&#41;&#32;&#61;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#106;&#61;&#49;&#125;&#94;&#116;&#32;&#101;&#95;&#123;&#116;&#45;&#106;&#125;&#40;&#45;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#123;&#45;&#105;&#125;&#41;&#117;&#94;&#123;&#106;&#45;&#49;&#125;&#125;&#123;&#92;&#112;&#114;&#111;&#100;&#95;&#123;&#107;&#92;&#110;&#101;&#32;&#105;&#125;&#32;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#107;&#41;&#125;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>Not exactly a beautiful expression, but it will get the job done.<\/p>\n\n\n\n<p>Indeed, we can write the interpolating polynomial as <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 55px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-17012971c8949a309b08ae230bf7fa94_l3.png\" height=\"55\" width=\"383\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#113;&#40;&#117;&#41;&#32;&#61;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#49;&#125;&#94;&#116;&#32;&#102;&#95;&#105;&#92;&#101;&#108;&#108;&#95;&#105;&#40;&#117;&#41;&#32;&#61;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#49;&#125;&#94;&#116;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#106;&#61;&#49;&#125;&#94;&#116;&#32;&#102;&#95;&#105;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#101;&#95;&#123;&#116;&#45;&#106;&#125;&#40;&#45;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#123;&#45;&#105;&#125;&#41;&#125;&#123;&#92;&#112;&#114;&#111;&#100;&#95;&#123;&#107;&#92;&#110;&#101;&#32;&#105;&#125;&#32;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#107;&#41;&#125;&#32;&#117;&#94;&#123;&#106;&#45;&#49;&#125;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>To make progress, we interchange the order of summation and regroup: <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 55px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-10960bce48c6a124c253db4c1272f2e2_l3.png\" height=\"55\" width=\"569\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#113;&#40;&#117;&#41;&#32;&#61;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#106;&#61;&#49;&#125;&#94;&#116;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#49;&#125;&#94;&#116;&#32;&#102;&#95;&#105;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#101;&#95;&#123;&#116;&#45;&#106;&#125;&#40;&#45;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#123;&#45;&#105;&#125;&#41;&#125;&#123;&#92;&#112;&#114;&#111;&#100;&#95;&#123;&#107;&#92;&#110;&#101;&#32;&#105;&#125;&#32;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#107;&#41;&#125;&#32;&#117;&#94;&#123;&#106;&#45;&#49;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#106;&#61;&#49;&#125;&#94;&#116;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#49;&#125;&#94;&#116;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#101;&#95;&#123;&#116;&#45;&#106;&#125;&#40;&#45;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#123;&#45;&#105;&#125;&#41;&#125;&#123;&#92;&#112;&#114;&#111;&#100;&#95;&#123;&#107;&#92;&#110;&#101;&#32;&#105;&#125;&#32;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#107;&#41;&#125;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#32;&#102;&#95;&#105;&#32;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#32;&#117;&#94;&#123;&#106;&#45;&#49;&#125;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>We see that the coefficients of the interpolating polynomial (in the monomial basis) are <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 52px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2bb3d1280c99ca124084f031ed343679_l3.png\" height=\"52\" width=\"214\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#97;&#95;&#106;&#32;&#61;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#49;&#125;&#94;&#116;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#101;&#95;&#123;&#116;&#45;&#106;&#125;&#40;&#45;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#123;&#45;&#105;&#125;&#41;&#125;&#123;&#92;&#112;&#114;&#111;&#100;&#95;&#123;&#107;&#92;&#110;&#101;&#32;&#105;&#125;&#32;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#107;&#41;&#125;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#32;&#102;&#95;&#105;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>But we also know that the coefficients are given by <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-5c5824cfce7656b073e450c1e7c4b960_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#97;&#32;&#61;&#32;&#86;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#102;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"76\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/>. Therefore, we conclude that the entries of the inverse-Vandermonde matrix <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-cf1e6cecc55954ea67fc74ff36bcc253_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#86;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"31\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> are <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 46px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (4) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-c3d618b9ee7195d040d1875f76fb1d67_l3.png\" height=\"46\" width=\"199\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#40;&#86;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#41;&#95;&#123;&#106;&#105;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#101;&#95;&#123;&#116;&#45;&#106;&#125;&#40;&#45;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#123;&#45;&#105;&#125;&#41;&#125;&#123;&#92;&#112;&#114;&#111;&#100;&#95;&#123;&#107;&#92;&#110;&#101;&#32;&#105;&#125;&#32;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#107;&#41;&#125;&#46;&#32;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Vandermonde Matrices are <em>Merely<\/em> Exponentially Ill-Conditioned<\/h2>\n\n\n\n<p>Vandermonde matrices are notoriously <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Condition_number\">ill-conditioned<\/a>, meaning that small changes to the values <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-c23e757cb6bd08fe194e942085387dcd_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#102;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"10\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> can cause large changes to the coefficients <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a75c3139cf459f4de0ac69cfbed08a4c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#97;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"9\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>. On its face, this might seem like the problem of polynomial interpolation itself is ill-conditioned, but this is too hasty a conclusion. After all, it is only the mapping from values <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-c23e757cb6bd08fe194e942085387dcd_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#102;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"10\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> to coefficients <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a75c3139cf459f4de0ac69cfbed08a4c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#97;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"9\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> <em>in the monomial basis<\/em> that is ill-conditioned. Fortunately, there are much better, more numerically stable bases for representing a polynomial like the <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Chebyshev_polynomials\">Chebyshev polynomials<\/a>.<\/p>\n\n\n\n<p>But these more stable methods of polynomial interpolation and approximation are not the subject of this post: Here, our task is to will be to characterize just <em>how<\/em> ill-conditioned the computation of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-5c5824cfce7656b073e450c1e7c4b960_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#97;&#32;&#61;&#32;&#86;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#102;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"76\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> is. To characterize this ill-conditioning, we will utilize the <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Condition_number#Matrices\">condition number<\/a> of the matrix <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8a416b3e64d82c5ac2bf7ce6b503c266_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#86;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>. Given a <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Norm_(mathematics)\">norm<\/a> <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-19101474a5dbe690a78586806a0941b9_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#117;&#105;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"23\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>, the condition number of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8a416b3e64d82c5ac2bf7ce6b503c266_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#86;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> is defined to be <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 24px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-cf4da36f5f2ce121d2d2512423310221_l3.png\" height=\"24\" width=\"177\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#107;&#97;&#112;&#112;&#97;&#95;&#123;&#92;&#117;&#105;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#125;&#125;&#40;&#86;&#41;&#32;&#61;&#32;&#92;&#117;&#105;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#86;&#125;&#32;&#92;&#117;&#105;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#92;&#115;&#109;&#97;&#115;&#104;&#123;&#86;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#125;&#125;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>For this post, we will focus on the case where <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-7fbb6c21c6855a5b32ce05c31fc2d866_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#117;&#105;&#110;&#111;&#114;&#109;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"23\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> is chosen to be the (<a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Operator_norm\">operator<\/a>) <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-27e3598fd2d4f0491067f1afaced92e9_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"7\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>&#8211;<a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Matrix_norm#p_=_1_or_\u221e\">norm<\/a>, defined as <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 47px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-beb68f2e11bc5c6e30b06fec3b886ff3_l3.png\" height=\"47\" width=\"339\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#49;&#61;&#32;&#92;&#109;&#97;&#120;&#95;&#123;&#120;&#32;&#92;&#110;&#101;&#32;&#48;&#125;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#120;&#125;&#95;&#49;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#120;&#125;&#95;&#49;&#125;&#32;&#92;&#113;&#117;&#97;&#100;&#32;&#92;&#116;&#101;&#120;&#116;&#123;&#119;&#104;&#101;&#114;&#101;&#32;&#125;&#32;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#120;&#125;&#95;&#49;&#32;&#61;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#105;&#32;&#124;&#120;&#95;&#105;&#124;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>The <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-27e3598fd2d4f0491067f1afaced92e9_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"7\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>-norm <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Matrix_norm#p_=_1_or_\u221e\">has a simple characterization<\/a>: It is the maximum sum of the absolute values of the entries in any column<p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 38px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (5) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-936a7309e99d6c03a128b3a7771c88df_l3.png\" height=\"38\" width=\"171\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#92;&#105;&#110;&#102;&#116;&#121;&#32;&#61;&#32;&#92;&#109;&#97;&#120;&#95;&#106;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#105;&#32;&#124;&#65;&#95;&#123;&#105;&#106;&#125;&#124;&#46;&#32;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>We shall denote the <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-27e3598fd2d4f0491067f1afaced92e9_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"7\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>-norm condition number <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a88b7bc659080fbb2cb812f07506139f_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#107;&#97;&#112;&#112;&#97;&#95;&#49;&#40;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"36\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>.<\/p>\n\n\n\n<p>Bounding <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-1c1e5018c7e02b1eb72236aa8e53ae8d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#86;&#125;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"36\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> is straightforward. Indeed, setting <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-05016827717a2176ee884e0d59558a22_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#77;&#32;&#61;&#32;&#92;&#109;&#97;&#120;&#95;&#123;&#49;&#92;&#108;&#101;&#32;&#105;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#116;&#125;&#32;&#124;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#124;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"141\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> and using (5), we compute <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 52px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-ec5f488cb8233df69dd22a00e9bae784_l3.png\" height=\"52\" width=\"447\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#86;&#125;&#95;&#49;&#61;&#32;&#92;&#109;&#97;&#120;&#95;&#123;&#49;&#92;&#108;&#101;&#32;&#106;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#116;&#125;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#49;&#125;&#94;&#116;&#32;&#124;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#124;&#94;&#123;&#106;&#45;&#49;&#125;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#92;&#109;&#97;&#120;&#95;&#123;&#49;&#92;&#108;&#101;&#32;&#106;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#116;&#125;&#32;&#116;&#77;&#94;&#123;&#106;&#45;&#49;&#125;&#32;&#61;&#32;&#116;&#92;&#109;&#97;&#120;&#92;&#123;&#49;&#44;&#77;&#94;&#123;&#116;&#45;&#49;&#125;&#92;&#125;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>An even weaker, but still useful, bound is <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 22px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8cecac332b3fcbe899304e963ec1fe47_l3.png\" height=\"22\" width=\"159\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#86;&#125;&#95;&#49;&#92;&#108;&#101;&#32;&#116;&#40;&#49;&#43;&#77;&#41;&#94;&#123;&#116;&#45;&#49;&#125;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p>The harder task is bounding <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-83fd32335df15dfac91b259c7db47155_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#92;&#115;&#109;&#97;&#115;&#104;&#123;&#86;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#125;&#125;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"20\" width=\"54\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>. Fortunately, we have already done most of the hard work needed to bound this quantity. Using our expression (4) for the entries of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-cf1e6cecc55954ea67fc74ff36bcc253_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#86;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"31\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> and using the formula (5) for the <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-27e3598fd2d4f0491067f1afaced92e9_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"7\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>-norm, we have <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 52px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b431915bf4dd9e0a3087cd91f5e3533a_l3.png\" height=\"52\" width=\"433\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#92;&#115;&#109;&#97;&#115;&#104;&#123;&#86;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#125;&#125;&#95;&#49;&#61;&#32;&#92;&#109;&#97;&#120;&#95;&#123;&#49;&#92;&#108;&#101;&#32;&#106;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#116;&#125;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#49;&#125;&#94;&#116;&#32;&#124;&#40;&#86;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#41;&#95;&#123;&#105;&#106;&#125;&#124;&#32;&#61;&#32;&#92;&#109;&#97;&#120;&#95;&#123;&#49;&#92;&#108;&#101;&#32;&#106;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#116;&#125;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#49;&#125;&#94;&#116;&#32;&#124;&#101;&#95;&#123;&#116;&#45;&#105;&#125;&#40;&#45;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#123;&#45;&#106;&#125;&#41;&#124;&#125;&#123;&#92;&#112;&#114;&#111;&#100;&#95;&#123;&#107;&#92;&#110;&#101;&#32;&#106;&#125;&#32;&#124;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#106;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#107;&#124;&#125;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>To bound this expression, we make use of the following &#8220;triangle inequality&#8221; for elementary symmetric polynomials<p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 19px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-73a7d10b6aadf0271cb538d648049f13_l3.png\" height=\"19\" width=\"267\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#124;&#101;&#95;&#107;&#40;&#92;&#109;&#117;&#95;&#49;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#92;&#109;&#117;&#95;&#115;&#41;&#124;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#101;&#95;&#107;&#40;&#124;&#92;&#109;&#117;&#95;&#49;&#124;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#124;&#92;&#109;&#117;&#95;&#115;&#124;&#41;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>Using this bound and defining <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d2fc16ed32e42183ed314545690e7ec8_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#124;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#123;&#45;&#106;&#125;&#124;&#32;&#61;&#32;&#40;&#124;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#124;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#124;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#123;&#106;&#45;&#49;&#125;&#124;&#44;&#124;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#123;&#106;&#43;&#49;&#125;&#124;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#124;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#116;&#124;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"20\" width=\"303\" style=\"vertical-align: -6px;\"\/>, we obtain<p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 50px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-34c4b502a43c91513781e51c25190ad1_l3.png\" height=\"50\" width=\"256\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#92;&#115;&#109;&#97;&#115;&#104;&#123;&#86;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#125;&#125;&#95;&#49;&#92;&#108;&#101;&#32;&#92;&#109;&#97;&#120;&#95;&#123;&#49;&#92;&#108;&#101;&#32;&#106;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#116;&#125;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#49;&#125;&#94;&#116;&#32;&#101;&#95;&#123;&#116;&#45;&#105;&#125;&#40;&#124;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#123;&#45;&#106;&#125;&#124;&#41;&#125;&#123;&#92;&#112;&#114;&#111;&#100;&#95;&#123;&#107;&#92;&#110;&#101;&#32;&#106;&#125;&#32;&#124;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#106;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#107;&#124;&#125;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>We now use the Lemma 1 with <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-72290551b05b37fdf72259290318b699_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#117;&#32;&#61;&#32;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"42\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> to obtain the expression <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 49px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (6) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-9fee19675094e57026eaf8571e060317_l3.png\" height=\"49\" width=\"245\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#92;&#115;&#109;&#97;&#115;&#104;&#123;&#86;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#125;&#125;&#95;&#49;&#92;&#108;&#101;&#32;&#92;&#109;&#97;&#120;&#95;&#123;&#49;&#92;&#108;&#101;&#32;&#106;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#116;&#125;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#32;&#92;&#112;&#114;&#111;&#100;&#95;&#123;&#107;&#92;&#110;&#101;&#32;&#106;&#125;&#32;&#40;&#49;&#32;&#43;&#32;&#124;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#107;&#124;&#41;&#125;&#123;&#92;&#112;&#114;&#111;&#100;&#95;&#123;&#107;&#92;&#110;&#101;&#32;&#106;&#125;&#32;&#124;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#106;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#107;&#124;&#125;&#46;&#32;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>Equation (6) is <a href=\"https:\/\/www.cs.purdue.edu\/homes\/wxg\/selected_works\/section_01\/016.pdf\">Gautschi&#8217;s bound<\/a> on the norm of the inverse of a Vandermonde matrix, the result we were working towards proving.<\/p>\n\n\n\n<p>Often, it is helpful to simply Gautschi&#8217;s bound a bit. Setting <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-05016827717a2176ee884e0d59558a22_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#77;&#32;&#61;&#32;&#92;&#109;&#97;&#120;&#95;&#123;&#49;&#92;&#108;&#101;&#32;&#105;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#116;&#125;&#32;&#124;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#124;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"141\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> as above, the numerator is bounded as <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8b78852155336541caf1a1c614e28392_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#40;&#49;&#43;&#77;&#41;&#94;&#123;&#116;&#45;&#49;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"20\" width=\"85\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>. To bound the denominator, let <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-0bd287df280efb0fb339e3c991a8c68e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#109;&#97;&#116;&#104;&#114;&#109;&#123;&#103;&#97;&#112;&#125;&#32;&#92;&#99;&#111;&#108;&#111;&#110;&#101;&#113;&#113;&#32;&#92;&#109;&#105;&#110;&#95;&#123;&#107;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#106;&#125;&#32;&#124;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#106;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#107;&#124;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"20\" width=\"179\" style=\"vertical-align: -6px;\"\/> be the smallest distance between two locations. Using <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a038471f70ce2efa1e2bb1ab05e0a7ce_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#77;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"19\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> and <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-428164c477f172f3f9e188956ee8fd91_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#109;&#97;&#116;&#104;&#114;&#109;&#123;&#103;&#97;&#112;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"28\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/>, we can weaken the bound (6) to obtain <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 46px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-4df225e8dea0e69df68907fc81ab32e6_l3.png\" height=\"46\" width=\"189\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#92;&#115;&#109;&#97;&#115;&#104;&#123;&#86;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#125;&#125;&#95;&#49;&#92;&#108;&#101;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#49;&#43;&#77;&#125;&#123;&#92;&#109;&#97;&#116;&#104;&#114;&#109;&#123;&#103;&#97;&#112;&#125;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#94;&#123;&#116;&#45;&#49;&#125;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>Combining this with our bound on <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-17e10ec87b2199aa4dbc20f3f24a9f0f_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#86;&#125;&#95;&#92;&#105;&#110;&#102;&#116;&#121;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"43\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> from above, we obtain a bound on the condition number <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 47px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a88bac288484194059179a7e854bc368_l3.png\" height=\"47\" width=\"211\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#107;&#97;&#112;&#112;&#97;&#95;&#49;&#40;&#86;&#41;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#116;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#40;&#49;&#43;&#77;&#41;&#94;&#50;&#125;&#123;&#92;&#109;&#97;&#116;&#104;&#114;&#109;&#123;&#103;&#97;&#112;&#125;&#125;&#32;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#94;&#123;&#116;&#45;&#49;&#125;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p> We record these results:<\/p>\n\n\n\n<blockquote class=\"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow\">\n<p><strong>Theorem 2 (Gautschi&#8217;s bound, simplified).<\/strong> Introduce <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-05016827717a2176ee884e0d59558a22_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#77;&#32;&#61;&#32;&#92;&#109;&#97;&#120;&#95;&#123;&#49;&#92;&#108;&#101;&#32;&#105;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#116;&#125;&#32;&#124;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#124;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"141\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> and <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-02fb886d7e494915eefd0e97d94ef824_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#109;&#97;&#116;&#104;&#114;&#109;&#123;&#103;&#97;&#112;&#125;&#32;&#92;&#99;&#111;&#108;&#111;&#110;&#101;&#113;&#113;&#32;&#92;&#109;&#105;&#110;&#95;&#123;&#107;&#32;&#60;&#32;&#106;&#125;&#32;&#124;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#106;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#107;&#124;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"20\" width=\"179\" style=\"vertical-align: -6px;\"\/>. Then <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 46px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-933010efafd6e0336cdf5b4071c2c90b_l3.png\" height=\"46\" width=\"182\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#92;&#115;&#109;&#97;&#115;&#104;&#123;&#86;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#125;&#125;&#95;&#49;&#92;&#108;&#101;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#49;&#43;&#77;&#125;&#123;&#92;&#109;&#97;&#116;&#104;&#114;&#109;&#123;&#103;&#97;&#112;&#125;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#94;&#123;&#116;&#45;&#49;&#125;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>and <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 47px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a88bac288484194059179a7e854bc368_l3.png\" height=\"47\" width=\"211\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#107;&#97;&#112;&#112;&#97;&#95;&#49;&#40;&#86;&#41;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#116;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#40;&#49;&#43;&#77;&#41;&#94;&#50;&#125;&#123;&#92;&#109;&#97;&#116;&#104;&#114;&#109;&#123;&#103;&#97;&#112;&#125;&#125;&#32;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#94;&#123;&#116;&#45;&#49;&#125;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n<p>Gautschi&#8217;s bound suggests that Vandermonde matrices can be very ill-conditioned, which is disappointing. But Gautschi&#8217;s bound also shows that Vandermonde matrices are <em>merely<\/em> exponentially ill-conditioned\u2014that is, they are not worse than exponentially conditioned. The fact that Vandermonde matrices are <em>only exponentially ill-conditioned<\/em> plays a <a href=\"https:\/\/arxiv.org\/html\/2508.06486v1#S4.SS5\">crucial<\/a> <a href=\"https:\/\/arxiv.org\/html\/2508.06486v1#S4.SS6\">role<\/a> in our analysis of randomized block Krylov iteration.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Gautschi&#8217;s Bound as a Robust Version of the Fundamental Theorem of Algebra<\/h2>\n\n\n\n<p>The <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Fundamental_theorem_of_algebra\">fundamental theorem of algebra<\/a> states that a degree-<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a8f44dc2e4dc0c51414e36faf64313c9_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#40;&#116;&#45;&#49;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"49\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> polynomial has precisely <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-5a40608d41d546b3dcefcd8dc01a9a8b_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#116;&#45;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"36\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> roots. Consequently, at <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f7c31707f29cc03d143ea78c9833003e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"6\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> locations, it must be nonzero at least one. But <em>how nonzero<\/em> must the polynomial be at that one location? How large must it be? On this subject, the fundamental theorem of algebra is moot. However, Gautschi&#8217;s bound provides an answer.<\/p>\n\n\n\n<p>To answer this question, we ask: What is the minimum possible size <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-5d28925e6aea932181e6fae90739acd2_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#102;&#125;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"32\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> of the values <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-c04ca50d89ece3d4b5702f7dc8ab6525_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#102;&#32;&#61;&#32;&#86;&#97;&#32;&#61;&#32;&#40;&#112;&#95;&#97;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#41;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#112;&#95;&#97;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#116;&#41;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"230\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>? Well, if we set all the coefficients <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-63bf80bcaa599467389065a706452880_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#97;&#32;&#61;&#32;&#40;&#48;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#48;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"103\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> to zero, then <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-1081c195129ff5ff7648e3436c62a2d1_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#102;&#32;&#61;&#32;&#48;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"43\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> as well. So to avoid this trivial case, we should enforce a normalization condition on the coefficient vector <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a75c3139cf459f4de0ac69cfbed08a4c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#97;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"9\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>, say <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-cd7851be8b3f2fa4c11f7b8ff8ef7906_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#97;&#125;&#95;&#49;&#32;&#61;&#32;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"64\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>. With this setting, we are ready to compute. Begin by observing that <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 43px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3a21773d318eeb447cc3deec7d2ec9e1_l3.png\" height=\"43\" width=\"210\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#109;&#105;&#110;&#95;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#97;&#125;&#95;&#49;&#32;&#61;&#32;&#49;&#125;&#32;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#86;&#97;&#125;&#95;&#49;&#32;&#61;&#32;&#92;&#109;&#105;&#110;&#95;&#123;&#97;&#92;&#110;&#101;&#32;&#48;&#125;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#86;&#97;&#125;&#95;&#49;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#97;&#125;&#95;&#49;&#125;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>Now, we make the change of variables <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-22c9810f9343c750f8c0eab029907ff7_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#102;&#32;&#61;&#32;&#86;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#97;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"76\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/>, obtaining <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 43px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-e223271ff5f99accd84933f4936864bd_l3.png\" height=\"43\" width=\"338\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#109;&#105;&#110;&#95;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#97;&#125;&#95;&#49;&#32;&#61;&#32;&#49;&#125;&#32;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#86;&#97;&#125;&#95;&#49;&#32;&#61;&#32;&#92;&#109;&#105;&#110;&#95;&#123;&#97;&#92;&#110;&#101;&#32;&#48;&#125;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#86;&#97;&#125;&#95;&#49;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#97;&#125;&#95;&#49;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#109;&#105;&#110;&#95;&#123;&#102;&#92;&#110;&#101;&#32;&#48;&#125;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#102;&#125;&#95;&#49;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#92;&#115;&#109;&#97;&#115;&#104;&#123;&#86;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#102;&#125;&#125;&#95;&#49;&#125;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>Now, take the inverse of both sides to obtain <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 47px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-745fdb308eb43cd71eb1fda9a7b16762_l3.png\" height=\"47\" width=\"360\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#109;&#105;&#110;&#95;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#97;&#125;&#95;&#49;&#32;&#61;&#32;&#49;&#125;&#32;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#86;&#97;&#125;&#95;&#49;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#109;&#97;&#120;&#95;&#123;&#102;&#92;&#110;&#101;&#32;&#48;&#125;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#92;&#115;&#109;&#97;&#115;&#104;&#123;&#86;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#102;&#125;&#125;&#95;&#49;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#102;&#125;&#95;&#49;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#92;&#115;&#109;&#97;&#115;&#104;&#123;&#86;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#125;&#125;&#95;&#49;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>Ergo, we conclude <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 33px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-145e10d104c261b8eba6886d9e5a88d0_l3.png\" height=\"33\" width=\"196\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#109;&#105;&#110;&#95;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#97;&#125;&#95;&#49;&#32;&#61;&#32;&#49;&#125;&#32;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#86;&#97;&#125;&#95;&#49;&#32;&#61;&#32;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#92;&#115;&#109;&#97;&#115;&#104;&#123;&#86;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#125;&#125;&#95;&#49;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>Indeed, this relation holds for all operator norms:<\/p>\n\n\n\n<blockquote class=\"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow\">\n<p><strong>Proposition 3 (Minimum stretch).<\/strong> For vector norm <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-19101474a5dbe690a78586806a0941b9_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#117;&#105;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"23\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> and its induced operator norm <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-19101474a5dbe690a78586806a0941b9_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#117;&#105;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"23\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>, it holds that for any square invertible matrix <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-11f4f587954b361e7d78940f65b8d70d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"13\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> that<p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 43px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-c07d1dd4195814db2ab892e8587fb9b4_l3.png\" height=\"43\" width=\"290\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#109;&#105;&#110;&#95;&#123;&#92;&#117;&#105;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#118;&#125;&#32;&#61;&#32;&#49;&#125;&#32;&#92;&#117;&#105;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#118;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#109;&#105;&#110;&#95;&#123;&#118;&#92;&#110;&#101;&#32;&#48;&#125;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#117;&#105;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#118;&#125;&#125;&#123;&#92;&#117;&#105;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#118;&#125;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#117;&#105;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#92;&#115;&#109;&#97;&#115;&#104;&#123;&#65;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#125;&#125;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n<p>Using this result, we obtain the lower bound <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-4f83337430d0eaecec8cf01b618d29e6_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#102;&#125;&#95;&#49;&#92;&#103;&#101;&#32;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#97;&#125;&#95;&#49;&#47;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#92;&#115;&#109;&#97;&#115;&#104;&#123;&#86;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#125;&#125;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"20\" width=\"164\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> on the values <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-c23e757cb6bd08fe194e942085387dcd_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#102;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"10\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> of a polynomial with coefficients <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a75c3139cf459f4de0ac69cfbed08a4c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#97;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"9\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>. Combining with Gautschi&#8217;s bound gives the following <em>robust<\/em> version of the fundamental theorem of algebra:<\/p>\n\n\n\n<blockquote class=\"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow\">\n<p><strong>Theorem 4 (Robust fundamental theorem of algebra).<\/strong> Fix a polynomial <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-88819d76f244c3deb6e25dbbd8790cf8_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#112;&#40;&#117;&#41;&#32;&#61;&#32;&#97;&#95;&#49;&#32;&#43;&#32;&#97;&#95;&#50;&#32;&#116;&#32;&#43;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#32;&#43;&#32;&#97;&#95;&#116;&#32;&#117;&#94;&#123;&#116;&#45;&#49;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"20\" width=\"231\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> and locations <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-e4a4814544fec7a1bbef424a236b9f59_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"72\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/>. Define <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-05016827717a2176ee884e0d59558a22_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#77;&#32;&#61;&#32;&#92;&#109;&#97;&#120;&#95;&#123;&#49;&#92;&#108;&#101;&#32;&#105;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#116;&#125;&#32;&#124;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#124;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"141\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> and <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-0bd287df280efb0fb339e3c991a8c68e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#109;&#97;&#116;&#104;&#114;&#109;&#123;&#103;&#97;&#112;&#125;&#32;&#92;&#99;&#111;&#108;&#111;&#110;&#101;&#113;&#113;&#32;&#92;&#109;&#105;&#110;&#95;&#123;&#107;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#106;&#125;&#32;&#124;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#106;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#107;&#124;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"20\" width=\"179\" style=\"vertical-align: -6px;\"\/>. Then <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 46px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f011798a0af29d677a21bf1d0fb00152_l3.png\" height=\"46\" width=\"425\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#124;&#112;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#41;&#124;&#32;&#43;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#32;&#43;&#32;&#124;&#112;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#116;&#41;&#124;&#32;&#92;&#103;&#101;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#109;&#97;&#116;&#104;&#114;&#109;&#123;&#103;&#97;&#112;&#125;&#125;&#123;&#49;&#43;&#77;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#94;&#123;&#116;&#45;&#49;&#125;&#32;&#40;&#124;&#97;&#95;&#49;&#124;&#32;&#43;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#32;&#43;&#32;&#124;&#97;&#95;&#116;&#124;&#41;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n<p>Thus, at <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f7c31707f29cc03d143ea78c9833003e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"6\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> locations, a degree-<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a8f44dc2e4dc0c51414e36faf64313c9_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#40;&#116;&#45;&#49;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"49\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> polynomial must be nonzero at least one point. In fact, the sum of the values at these <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f7c31707f29cc03d143ea78c9833003e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"6\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> locations must be no worse than exponentially small in <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f7c31707f29cc03d143ea78c9833003e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"6\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>I am excited to share that my paper Does block size matter in randomized block Krylov low-rank approximation? has recently been released on arXiv. In that paper, we study the randomized block Krylov iteration (RBKI) algorithm for low-rank approximation. Existing results show that RBKI is efficient at producing rank- approximations with a large block size<a class=\"more-link\" href=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/2025\/08\/13\/vandermonde-matrices-are-merely-exponentially-ill-conditioned\/\">Read more<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[6,7],"tags":[],"class_list":["post-2178","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-expository","category-research"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2178","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=2178"}],"version-history":[{"count":36,"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2178\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":2219,"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2178\/revisions\/2219"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=2178"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=2178"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=2178"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}