数值积分:数值积分方法

数值分析(也称计算方法)主要包括插值拟合数值逼近数值微分数值积分数值线性代数微分方程数值求解等内容。

本文将罗列数值积分的若干内容。

注1:限于研究水平,分析难免不当,欢迎批评指正。

注2:文章内容会不定期更新。

零:预修

0.1 定积分

若函数f\left ( x \right )在闭区间\left [ a,b \right ]上连续,并将闭区间\left [ a,b \right ]分成n个小区间\left [ x_{k-1},x_{k} \right ]a\leq x_{0}<x_{1}<\cdots<x_{k-1} <x_{k} <x_{k+1}<\cdots<x_{n-1}<x_{n}\leq b,令\Delta x_{k}=x_{k}-x_{k-1}\forall \xi _{k} \in \left [ x_{k-1},x_{k} \right ],并做和\sum_{k=1}^{n} f\left ( \xi _{k} \right )\Delta x_{k},若\lim_{n\rightarrow \infty }\sum_{k=1}^{n} f\left ( \xi _{k} \right )\Delta x_{k}存在,则记\int_{a}^{b}f\left ( x \right )dx=\lim_{n\rightarrow \infty }\sum_{k=1}^{n} f\left ( \xi _{k} \right )\Delta x_{k}

0.2 积分中值定理

若函数f\left ( x \right )在闭区间\left [ a,b \right ]上连续,则\exists \epsilon \in\left [ a,b \right ],使得\int_{a}^{b}f\left ( x \right )dx=f\left ( \epsilon \right )\left ( b-a \right )

0.3 Legendre多项式

一、总论:数值积分的一般思路

1.1 机械求积分公式

利用定积分的定义与积分中值定理,可以选择若干采样点x_{k},利用这些采样值f\left ( x_{k} \right )的线性组合来计算定积分,即

\int_{a}^{b}f\left ( x \right )dx=\sum A_{k}f\left ( x_{k} \right )

1.2 代数精度

若某个求积分公式对于次数不大于m的多项式均能准确成立,单对于m+1次多项式不一定准确,则称该求积分公式具有m次代数精度。

二、常用数值积分方法

2.1 高斯积分公式

参考文献

  • 李庆扬. 数值分析. 清华大学出版社, 2008.
  • 徐树方. 数值线性代数(第二版).  北京大学出版社, 2010.

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