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切比雪夫求積


一種類似於高斯求積公式,用於數值估計積分。它在區間 [-1,1] 中使用權重函式 W(x)=1 並強制所有權重相等。通用公式

 int_(-1)^1f(x)dx=2/nsum_(i=1)^nf(x_i),
(1)

其中,橫座標 x_i 透過取麥克勞林級數中高達 y^n 的項來找到

 s_n(y)=exp{1/2n[-2+ln(1-y)(1-1/y)+ln(1+y)(1+1/y)]},
(2)

然後定義

 G_n(x)=x^ns_n(1/x).
(3)

G_n(x) 然後給出橫座標。前幾個值是

G_0(x)=1
(4)
G_1(x)=x
(5)
G_2(x)=1/3(3x^2-1)
(6)
G_3(x)=1/2(2x^3-x)
(7)
G_4(x)=1/(45)(45x^4-30x^2+1)
(8)
G_5(x)=1/(72)(72x^5-60x^3+7x)
(9)
G_6(x)=1/(105)(105x^6-105x^4+21x^2-1)
(10)
G_7(x)=1/(6480)(6480x^7-7560x^5+2142x^3-149x)
(11)
G_8(x)=1/(42525)(42525x^8-56700x^6+20790x^4-2220x^2-43)
(12)
G_9(x)=1/(22400)(22400x^9-33600x^7+15120x^5-2280x^3+53x)
(13)

(OEIS A002680A101270)。

由於根僅在 n<=7n=9 時都是數 (Hildebrand 1956),因此這些是切比雪夫求積法唯一允許的階數。誤差項是

 E_n={c_n(f^((n+1))(xi))/((n+1)!)   n odd; c_n(f^((n+2))(xi))/((n+2)!)   n even,
(14)

其中

 c_n={int_(-1)^1xG_n(x)dx   n odd; int_(-1)^1x^2G_n(x)dx   n even.
(15)

c_n 的前幾個值是 2/3, 8/45, 1/15, 32/945, 13/756 和 16/1575 (Hildebrand 1956)。Beyer (1987) 給出了高達 n=7 的橫座標,Hildebrand (1956) 給出了高達 n=9 的橫座標。

nx_i
2+/-0.57735
30
+/-0.707107
4+/-0.187592
+/-0.794654
50
+/-0.374541
+/-0.832497
6+/-0.266635
+/-0.422519
+/-0.866247
70
+/-0.323912
+/-0.529657
+/-0.883862
90
+/-0.167906
+/-0.528762
+/-0.601019
+/-0.911589

對於小的 n,橫座標和權重可以解析計算。

nx_i
2+/-1/3sqrt(3)
30
+/-1/2sqrt(2)
4+/-sqrt((sqrt(5)-2)/(3sqrt(5)))
+/-sqrt((sqrt(5)+2)/(3sqrt(5)))
50
+/-1/2sqrt((5-sqrt(11))/3)
+/-1/2sqrt((5+sqrt(11))/3)

另請參閱

高斯求積, 洛巴託求積

使用 探索

參考文獻

Beyer, W. H. CRC 標準數學表格,第 28 版。 Boca Raton, FL: CRC Press, p. 466, 1987.Hildebrand, F. B. 數值分析導論。 New York: McGraw-Hill, pp. 345-351, 1956.Salzer, H. E. "便於使用切比雪夫求積公式的表格。" J. Math. Phys. 26, 191-194, 1947.Sloane, N. J. A. “整數序列線上百科全書”中的序列 A002680/M2261 和 A101270

在 中被引用

切比雪夫求積

請引用為

Weisstein, Eric W. “切比雪夫求積。” 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/ChebyshevQuadrature.html

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