第二章:數(shù)值積分

寫在前面:
這一章的目的是處理那些找不到原函數(shù)的積分問題,比如一些特殊的函數(shù)和一些離散點。

2.1 機(jī)械求積

常見的求積方法:

  • 梯形公式:
  • 中矩形公式:
  • Simpson公式:

機(jī)械求積公式:


代數(shù)精度:一個求積公式,若對于次數(shù)小于m精確成立,對于m+1次多項式不準(zhǔn)確,則稱之為具有m次代數(shù)精度。

關(guān)于代數(shù)精度有一道經(jīng)典的例題:


這道題的思路就是,根據(jù)未知數(shù)A的個數(shù),將f(x)=1,x,x2····依次帶入式子中,解出未知數(shù)后,再繼續(xù)往后驗證即可。

2.2 插值型求積公式

插值型求積公式實際上就是結(jié)合了拉格朗日插值,做n次插值:

其中l?(x)是拉格朗日插值基函數(shù)。

2.3 牛頓-柯特斯公式

牛頓-柯特斯公式實際上就是插值型求積公式的一個變型,其特點在于將區(qū)間等分,取等分點構(gòu)造求積公式。

實際上柯特斯系數(shù)可以通過查表獲得:


然而Newton-Cotes公式有一個致命的弱點,就是高階不適用,因而引出復(fù)化求積。

2.4 復(fù)化求積法

什么是復(fù)化求積:主要的目的就是通過將積分區(qū)間分成多個小區(qū)間,在每個小區(qū)間上使用低次牛頓柯特斯公式。

幾種常用的復(fù)合求積公式:

  • 復(fù)合梯形公式:

    余項:
  • 復(fù)合Simposon公式:

    余項:

這一章就做例題就完事兒了:


這個題實際上就是把區(qū)間八等分,即n=8,得到九個節(jié)點,分別帶入公式就好:

  • 復(fù)化辛普森公式要用到每個區(qū)間的端點和中點,把八等分看作四等分加上每個中間有一個中點:
  • 復(fù)化Cotes公式再少一半的n:

    其實如果記不住這個區(qū)間劃分,就直接記著幾等分的梯形公式就是幾,然后往下依次減半。

再來個關(guān)于精度的問題

這里主要是使用誤差的結(jié)果,M即為在區(qū)間內(nèi)某一點導(dǎo)函數(shù)的最大值:


  • 這題有一個處理的小技巧,如果考試遇到了可以用一下,就是把原函數(shù)變形為積分的狀態(tài):

2.5 龍貝格算法

這里就把前面幾個方法像俄羅斯套娃一樣串起來了~

復(fù)化梯形公式:

  • 由復(fù)化梯形公式推復(fù)化Simpson公式:
  • 由復(fù)化Simpson公式得復(fù)化Cotes公式:
  • 由復(fù)化Cotes公式推Romberg公式:

    統(tǒng)一表示:

    實際計算就用這個表就可以:

例題:

練習(xí)

1.插值型求積公式時機(jī)械積分公式。正確
2.梯形公式的代數(shù)精度為:1
3.Newton-Cotes公式求積公式的系數(shù)C????和為:1
4.計算柯特斯系數(shù)需要知道等距點的函數(shù)值及區(qū)間。錯誤
5.Cotes求積函數(shù)與積分區(qū)間和被積函數(shù)有關(guān)。錯誤

  1. Romberg算法是在積分區(qū)間逐次分半的過程中,對用復(fù)合梯形產(chǎn)生的近似值進(jìn)行加權(quán)平均,以獲得精度更高的一種方法。
    7.梯形序列和Simpson序列的關(guān)系是:S是T的加權(quán)線性組合
最后編輯于
?著作權(quán)歸作者所有,轉(zhuǎn)載或內(nèi)容合作請聯(lián)系作者
【社區(qū)內(nèi)容提示】社區(qū)部分內(nèi)容疑似由AI輔助生成,瀏覽時請結(jié)合常識與多方信息審慎甄別。
平臺聲明:文章內(nèi)容(如有圖片或視頻亦包括在內(nèi))由作者上傳并發(fā)布,文章內(nèi)容僅代表作者本人觀點,簡書系信息發(fā)布平臺,僅提供信息存儲服務(wù)。

友情鏈接更多精彩內(nèi)容