пользователей: 30398
предметов: 12406
вопросов: 234839
Конспект-online
РЕГИСТРАЦИЯ ЭКСКУРСИЯ

Методы численного интегрирования (прямоугольника, парабол, трапеций)

l. Основные теоретические положения.

Пусть на отрезке  [a,b] задана функция f(x). С помощью точек x0, x1,x2, ..., xn разобьем отрезок  [a,b] на n элементарных отрезков [xi-1 ,xi] (i=1,2, ...,n), причем x0 =a, xn=b. На каждом из этих отрезков выберем точку xi и найдем произведение si значения функции f(xi) на длину элементарного отрезка  Dxi = xi -xi-1:

                                                                                                          

Cумма таких произведений: называется интегральной суммой.

Определенным интегралом от функции f(x) на отрезке [a,b] называется предел интегральной суммы при неограничен­ном увеличении числа точек разбиения. Приэтом длина наибольшего из элементарных отрезков стремится к нулю:

Во многих случаях, когда подынтегральная функция задана в аналитическом виде, определенный интеграл удается вычислить непосредственно по формуле Ньютона-Лейбница. Она состоит в том, что определенный интеграл равен приращению первообразной F(x) на отрезке интегрирования. На практике этой формулой часто нельзя воспользоваться по двум основным причинам:

  • Вид функции не допускает непосредственного интегрирования, т.е. первообразную нельзя выразить в элементарных функциях.
  • Значения функции заданы f(x) заданы таблично (множество xi конечно).

В этих случаях используются методы численного интегрирования.

Важным частным случаем в методах численного интегрирования является тот, когда величина элементарного отрезка D xi  - величина постоянная и может быть вынесена за знак интегральной суммы. Эта величина называется шагом интегрирования и обозначается обычно h.

  1. Метод прямоугольников непосредственно использует замену определенного интеграла интегральной суммой. В качестве точек xI могут выбираться левые (xi-1) или правые (xi) границы элементарных отрезков. Обозначив yi = f(xi), расчетные формулы можно записать:

              (при выборе левых границ) 

 

               (при выборе правых границ)  

II. В методе трапеций график функции f(x) аппроксимируется ломаной, соединяющей точки с координатами (xi, yi).   
Искомое значение определенного интеграла представляется в виде суммы площадей трапеций, построенных на каждом из элементарных отрезков:

Здесь yo и yn - значения функции f(a) и f(b) соответственно

lll.В методе парабол (формула Симпсона) на каждом из элементарных отрезков, длиною 2*h, по трем известным значениям функции f(xi), f(xi+1) и f(xi+2) строится парабола, заданная уравнением ax2+bx+c      

Решая систему трех линейных уравнений с тремя неизвестными a,b,c, получаем уравнение параболы, проходящей через заданные три точки xi, xi+1, xi+2

Далее площадь криволинейной трапеции на отрезкенаходится как:
Просуммировав все площади криволинейных трапеций на отрезке,получим формулу:

  • Вычисление значение интеграла методом прямоугольников оформляем подпрограммой

 

SUB pr (a, b, n, prm)

h = (b - a) / n

prm = 0

FOR x = a TO b STEP h

prm = prm * h

END SUB

 

  • Вычисление значение интеграла методом трапеций оформляем подпрограммой

SUB trap (a, b, n, trapm)

prm = 0

h = (b - a) / n

FOR x = a + h TO b - h STEP h

prm = prm + 2 * f(x)

NEXT x

trapm = (prm+f(a)+f(b)) * h / 2

END SUB

 

  • Вычисление значение интеграла методом Симпсона оформляем подпрограммой

 SUB sim (a, b, n, simp)

s1 = 0: s2 = 0

h = (b - a) / n

FOR x = a + h TO b - 2 * h STEP 2 * h

s1 = s1 + f(x)

s2 = s2 + f(x + h)

NEXT x

simp = h / 3 * (f(a) + 4 * s1 + 2 * s2 + f(b))

END SUB


21.01.2017; 18:09
хиты: 133
рейтинг:0
Точные науки
информатика
для добавления комментариев необходимо авторизироваться.
  Copyright © 2013-2025. All Rights Reserved. помощь