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求积法


“求积法”一词至少有三种不兼容的含义。通过求积法进行积分,既可以指解析地(即,用已知函数符号表示)求解积分,也可以指数值求解积分(例如,高斯求积牛顿-柯特斯公式)。Ueberhuber(1997,第 71 页)使用“求积法”一词来表示单变量积分的数值计算,而使用“立方求积”来表示多重积分的数值计算。

“求积法”一词也用于表示化圆为方:仅使用圆规直尺构造一个正方形,使其具有与给定几何图形相同的面积。如果可以对平面图形进行求积,则称其为可求积的

对于在给定值 x_i 处制表的函数 f(x) (因此 横坐标 不能随意选择),将函数 phi 写成满足以下条件的正交归一函数 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)

并代入通过 m 个点的 f(x)拉格朗日插值多项式 (如在高斯求积中所做的那样)

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)

给出

 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)

但是我们希望这对于所有近似度都成立,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 (◇) 中设置 i=0 得到

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

零阶正交归一函数始终可以取为 p_0(x)=1,因此 (9) 变为

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

其中最后一步使用了 (◇)。因此,我们有矩阵方程

 [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)

可以对其求逆以求解 w_is (Press et al. 1992)。


另请参见

微积分, 切比雪夫-高斯求积, 切比雪夫求积, 立方求积, 导数, 双指数积分, 高斯求积基本定理, 高斯-雅可比机械求积, 高斯-克朗罗德求积, 高斯求积, 埃尔米特-高斯求积, 雅可比-高斯求积, 拉盖尔-高斯求积, 勒让德-高斯求积, 洛巴托求积, 牛顿-柯特斯公式, 数值积分, 拉道求积, 递归单调稳定求积

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参考文献

Abramowitz, M. 和 Stegun, I. A. (编)。 "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 Wolfram|Alpha 上被引用

求积法

引用此内容为

Weisstein, Eric W. "Quadrature." 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/Quadrature.html

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