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求積法


“求積法”一詞至少有三種不相容的含義。透過求積法進行積分,既可以指解析地(即,用已知函式符號表示)求解積分,也可以指數值求解積分(例如,高斯求積牛頓-柯特斯公式)。Ueberhuber(1997,第 71 頁)使用“求積法”一詞來表示單變數積分的數值計算,而使用“立方求積”來表示多重積分的數值計算。

“求積法”一詞也用於表示化圓為方:僅使用圓規直尺構造一個正方形,使其具有與給定幾何圖形相同的面積。如果可以對平面圖形進行求積,則稱其為可求積的

對於在給定值 x_i 處製表的函式 f(x) (因此 橫座標 不能隨意選擇),將函式 phi 寫成滿足以下條件的正交歸一函式 p_j 的和

 int_a^bp_i(x)p_j(x)W(x)dx=delta_(ij)
(1)

如同

 phi(x)=sum_(j=0)^inftya_jp_j(x),
(2)

並代入透過 m 個點的 f(x)拉格朗日插值多項式 (如在高斯求積中所做的那樣)

int_a^bphi(x)W(x)dx=int_a^bsum_(j=1)^(m)(pi(x)W(x))/((x-x_j)pi^'(x_j))dxf(x_j)
(3)
=sum_(j=1)^(m)w_jf(x_j),
(4)

其中

 pi(x)=product_(j=1)^m(x-x_j),
(5)

給出

 int_a^bsum_(j=0)^inftya_jp_j(x)W(x)dx=sum_(i=1)^nw_i[sum_(j=0)^inftya_jp_j(x_i)].
(6)

但是我們希望這對於所有近似度都成立,所以

 a_jint_a^bp_j(x)W(x)dx=a_jsum_(i=1)^nw_ip_j(x_i)
(7)
 int_a^bp_j(x)W(x)dx=sum_(i=1)^nw_ip_j(x_i).
(8)

在 (◇) 中設定 i=0 得到

 int_a^bp_0(x)p_j(x)W(x)dx=delta_(0j).
(9)

零階正交歸一函式始終可以取為 p_0(x)=1,因此 (9) 變為

int_a^bp_j(x)W(x)dx=delta_(0j)
(10)
=sum_(i=1)^(n)w_ip_j(x_i),
(11)

其中最後一步使用了 (◇)。因此,我們有矩陣方程

 [p_0(x_1) ... p_0(x_n); p_1(x_1) ... p_1(x_n); | ... |; p_(n-1)(x_1) ... p_(n-1)(x_n)][w_1; w_2; |; w_n]=[1; 0; |; 0],
(12)

可以對其求逆以求解 w_is (Press et al. 1992)。


另請參見

微積分, 切比雪夫-高斯求積, 切比雪夫求積, 立方求積, 導數, 雙指數積分, 高斯求積基本定理, 高斯-雅可比機械求積, 高斯-克朗羅德求積, 高斯求積, 埃爾米特-高斯求積, 雅可比-高斯求積, 拉蓋爾-高斯求積, 勒讓德-高斯求積, 洛巴託求積, 牛頓-柯特斯公式, 數值積分, 拉道求積, 遞迴單調穩定求積

使用 探索

參考文獻

Abramowitz, M. 和 Stegun, I. A. (編)。 "Integration." §25.4 in Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover, pp. 885-897, 1972.Press, W. H.; Flannery, B. P.; Teukolsky, S. A.; 和 Vetterling, W. T. Numerical Recipes in FORTRAN: The Art of Scientific Computing, 2nd ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 365-366, 1992.Ueberhuber, C. W. Numerical Computation 2: Methods, Software, and Analysis. Berlin:Springer-Verlag, p. 71, 1997.

在 上被引用

求積法

引用此內容為

Weisstein, Eric W. "Quadrature." 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/Quadrature.html

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