Численное интегрирование

Из курса математического анализа известно, что, если функция f(x) непрерывна на отрезке [a;b] и дифференцируема, то определенный интеграл от этой функции в пределах от a до b существует и может быть вычислен по формуле Ньютона-Лейбница:

Если первообразную функцию F(x) не удается выразить аналитически через элементарные функции или если при проведении практических расчетов подынтегральная функция f(x) задается в виде таблицы, то это приводит к необходимости замены аналитического интегрирования численными методами.

Для функции f(x), заданной в прямоугольной системе координат на интервале [a;b], этот интеграл численно равен площади, ограниченной кривой f(x), осью Ox и двумя ординатами ac и bd.

Рис. 1.4.1-1

 

Задача численного интегрирования заключается в нахождении значения определенного интеграла через ряд значений подынтегральной функции yi=f(xi), заданной в точках xi (i=0,1,…,n). Причем, x0 = a, xn= b. Чаще всего интервал разбивают на подынтервалы длинойh = xi+1 - xi.

Применительно к однократному интегралу, формулы численного интегрирования представляют собой квадратурные формулы вида:

гдеAi – числовые коэффициенты, называемые весами квадратурной формулы, аxi – точки из отрезка - узлами квадратурной формулы, n> 0 – целое число.

Искомый определенный интеграл можно представить в виде суммы интегралов:

На каждом i-м отрезке функция аппроксимируется(заменяется) некоторой другой легко интегрируемой функцией gi(x). В результате получаем следующую квадратурную формулу:

.

Для решения поставленной задачи подынтегральнуюфункцию f(x)необходимо заменить приближенной функцией, которая может быть проинтегрирована в аналитическим виде. В качестве такой функции обычно используют полином Р(х)с узлами интерполяции в точках х0, х1, х2, …,хn. В этих точках значения функции и интерполяционного полинома полностью совпадают f(xi) = Р(xi).

Для получения простых формул интегрирования используют полиномы нулевой, первой и второй степени и соответственно получают формулы численного интегрирования: прямоугольников, трапецийиСимпсона.



Очевидно, что замена функции f(x) интерполирующим полиномом приводит к образованию погрешности вычисления значения интеграла

где I1 – точное значение интеграла, I – значение интеграла, вычисленного численным методом, а – погрешность метода.

Отметим, что увеличение числа подынтервалов n (или уменьшение длины шага интегрирования h) ведет к уменьшению погрешности.

 






Дата добавления: 2016-05-31; просмотров: 355; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2017 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей. | Обратная связь
Генерация страницы за: 0.007 сек.