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)的積分問題剑逃,比如一些特殊的函數(shù)和一些離散點(diǎn)军援。

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)確琳省,則稱之為具有m次代數(shù)精度货裹。

關(guān)于代數(shù)精度有一道經(jīng)典的例題:


這道題的思路就是嗤形,根據(jù)未知數(shù)A的個數(shù),將f(x)=1,x,x2····依次帶入式子中弧圆,解出未知數(shù)后赋兵,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(shí)際上就是結(jié)合了拉格朗日插值搔预,做n次插值:

其中l?(x)是拉格朗日插值基函數(shù)霹期。

2.3 牛頓-柯特斯公式

牛頓-柯特斯公式實(shí)際上就是插值型求積公式的一個變型,其特點(diǎn)在于將區(qū)間等分拯田,取等分點(diǎn)構(gòu)造求積公式历造。

實(shí)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(diǎn),就是高階不適用船庇,因而引出復(fù)化求積吭产。

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鸭轮。

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(shí)際上就是把區(qū)間八等分垮刹,即n=8,得到九個節(jié)點(diǎn)张弛,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(diǎn)和中點(diǎn)荒典,把八等分看作四等分加上每個中間有一個中點(diǎn):
  • 復(fù)化Cotes公式再少一半的n:

    其實(shí)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吞鸭,然后往下依次減半寺董。

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(diǎn)導(dǎo)函數(shù)的最大值:


  • 這題有一個處理的小技巧刻剥,如果考試遇到了可以用一下遮咖,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(shí)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(diǎn)的函數(shù)值及區(qū)間造虏。錯誤
5.Cotes求積函數(shù)與積分區(qū)間和被積函數(shù)有關(guān)御吞。錯誤

  1. Romberg算法是在積分區(qū)間逐次分半的過程中麦箍,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陶珠。
    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
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