Вычисление интегралов и решение уравнений

23. 1. Методы вычисления определённых интегралов

Приближённое вычисление определённого интеграла основано вычисление интегралов и решение уравнений - student2.ru на геометрическом смысле интеграла и сводится к приближённому вычислению площади, ограниченной графиком подынтегральной функции f(x), прямыми x=a=x0, x=b=xn и осью OX (рис. 23.1).

Интервал [a,b] делится на n равных частей длиной вычисление интегралов и решение уравнений - student2.ru .

вычисление интегралов и решение уравнений - student2.ru Тогда значениям xi=xi-1+h, i=1,2...,n, соответствуют значения yi=f(xi) .

Метод прямоугольников. Согласно методу левых прямоугольников искомая площадь вычисляется как сумма площадей прямоугольников, основание которых равно h, а высота равна соответственно y0 для первого прямоугольника, y1 – для второго и т.д. вплоть до последнего с высотой yn-1. Тогда

вычисление интегралов и решение уравнений - student2.ru (23.1)

Для метода правых прямоугольников аналогично

вычисление интегралов и решение уравнений - student2.ru (23.2)

Метод трапеций. По методу трапеций определяется сумма площадей трапеций, основаниями которых являются ординаты y0, y1 и т.д., а высоты равны h.

вычисление интегралов и решение уравнений - student2.ru (23.3)

Погрешность метода оценивается как вычисление интегралов и решение уравнений - student2.ru , где М – максимальное значение второй производной f(x) на отрезке [a,b].Используя это соотношение можно определить количество точек, на которое делится отрезок, исходя из заданной погрешности.

вычисление интегралов и решение уравнений - student2.ru Значение интеграла, вычисленное по формуле трапеций, равно среднему арифметическому от значений интеграла, вычисленных по формулам левых и правых прямоугольников при том же разбиении.

Рассмотрим алгоритм метода трапеций(рис. 23.2)

1. Ввод a, b, n.

2. Вычисление вычисление интегралов и решение уравнений - student2.ru ,

x=a+ h , s=0 .

3. Вычисление s=s+f(x), x=x+h .

4. Если x>(b-h), то переход к пункту 5, иначе – переход к пункту 3.

5. Вычисление значения интеграла

вычисление интегралов и решение уравнений - student2.ru вычисление интегралов и решение уравнений - student2.ru

6. Вывод z.

Метод парабол (Симпсона).Согласно методу парабол интервал [a,b] делится на четное количество частей – 2n. Тогда

вычисление интегралов и решение уравнений - student2.ru , xi=xi-1+h , i=1,2,3…,2n

вычисление интегралов и решение уравнений - student2.ru (23.4)

Алгоритм метода парабол.

1. Ввод a, b, n.

2. Вычисление вычисление интегралов и решение уравнений - student2.ru , x=a+2h , s1=0 , s2=0 , i=1.

3. Вычисление s2=s2+f(x) , x=x+h , s1=s1+f(x) , x=x+h , i=i+1.

4. Если i<n-1, то переход к пункту 3, иначе – переход к следующему пункту.

5. Вычисление значения интеграла:

вычисление интегралов и решение уравнений - student2.ru

6. Вывод z.

Здесь s1=y3+y5+…+y2n-1, а s2=y2+y4+…+y2n-2 .

Наши рекомендации