[教育]第六章_数值积分.ppt

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[教育]第六章_数值积分

第六章 数值积分 6.1 代数精度与插值型求积公式 6.2 牛顿-柯特斯求积公式 6.3 复化求积公式 6.4 龙贝格算法 6.5 高斯型求积公式 为什么要数值积分? 在微积分里,按Newton-Leibniz公式求定积分 要求被积函数f(x) ? 有解析表达式; ? f(x)的原函数F(x)为初等函数. 问题 ? f(x)没有解析表达式,只有数表形式 e.g. ? f(x)有表达式,但原函数不是初等函数 e.g.    ,         它们的原函数都不是初等函数. ●解决方法:用近似计算(即数值积分)求得积分近似值。 ●基本思想:对被积函数进行近似,给出数值积分,同时考虑近似精度。 下面首先给出代数精确度的概念: 6.1 代数精度与插值插值型求积公式 6.1.1 代数精度 本章讨论的是形如          (1) 的定积分的数值计算,其中  为权函数.    一般把积分区间n个点{xk}上的函数值f(xk)加权Ak的和 作为积分I(f)的近似, 即 (2)           上式中xk,Ak分别称为求积节点、求积系数. 求积系数与被积函数f(x)无关,而与求积节点、求积区间、权函数有关.称公式(2)为n点求积公式,有时也称 为一个n点求积公式,  为求积公式的误差.用此公式求积分近似值的计算称为数值积分. 构造或确定一个求积公式,要讨论解决的问题有   (i) 确定求积系数Ak和求积节点n; (ii) 求积公式的误差估计和收敛性. 用什么标准来判定两个节点数相同的求积公式 的“好”与“差”呢?通常用“代数精确度”的高低作为 求积公式“好”与“差”的一个标准.在后面的讨论中 我们将看到,节点相同的求积公式,代数精确度越 高,求出的积分近似值精确度一般越好. 下面给出代数精确度的定义.    定义1 若对任意的      ,求积公式(2)的误差都满足     ,则称该求积公式具有n次代数精确度.    验证一个求积公式所具有的代数精确度用定义1是极不方便的,为此给出另一个定义.    定义2 若对函数        , 求积公式(2)精确成立,即   而     ,则称其具有n次代数精确度.   因为函数组        是    的 一组基函数,所以两个定义是等价的,但在具体应 用时,定义2比定义1要方便的多.   例1 验证求积公式                             具有3次代数精确度.   解: 当                而                                  有    (1)当                                   (2)当 (3)当      (1)当                                   故求积公式具有三次代数精确度. 6.1.2 插值型求积公式 这一节所讨论的求积公式,都是用在区间[a, b]上对被积函数f(x)作插值所得插值多项式Pn(x)代替被积函数f(x)导出的公式.这一类求积公式的求积节点xk,就是对f(x)作插值时的插值节点,所以这类求积公式称为插值型求积公式.   为简便起见,这节讨论权函数 时的插值型求积公式的构造等问题.  给定[a, b]上的点列 (xi, f(xi)), i = 0,1,2,…,n, 构造Ln(x), 则 注 对于一般的函数 f(x),Rn( f )≠0, 但若 f(x) 为次数小于 n 的多项式时,因为 f (n+1) (x) = 0, ∴ Rn( f )

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