Часть полного текста документа:Приближенное вычисление определенного интеграла при помощи квадратурной формулы Чебышева КУРСОВАЯ РАБОТА студента 2-го курса: Полякова Е.В. МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХИМИКОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ Днепропетровск 2000г. 1. Общая постановка и анализ задачи. 1.1. Введение. Требуется найти определенный интеграл I = по квадратурной формуле Чебышева. Рассмотрим, что представляет из себя вообще квадратурная формула, и как можно с ее помощью вычислить приближенно интеграл. Известно, что определенный интеграл функции типа численно представляет собой площадь криволинейной трапеции ограниченной кривыми x=0, y=a, y=b и y= (Рис.1). Рис. 1. Криволинейная трапеция. Если f(x) непрерывна на отрезке [a, b], и известна ее первообразная F(x), то определенный интеграл от этой функции в пределах от а до b может быть вычислен по, известной всем, формуле Ньютона - Лейбница = F(b) - F(a) где F'(x) = f(x) Однако во многих случаях F(x) не может быть найдена, или первообразная получается очень сложной для вычисления. Кроме того, функция часто задается таблично. Поэтому большое значение приобретает приближенное и в первую очередь численное интегрирование. Задача численного интегрирования состоит в нахождении приближенного значения интеграла по заданным или вычисленным значениям подинтегральной функции f(x) в некоторых точках ( узлах ) отрезка [ a, b]. Численное определение однократного интеграла называется механической квадратурой, а соответствующие формулы численного интегрирования - квадратурными . Заменяя подинтегральную функцию каким-либо интерполционным многочленом, мы получим квадратурные формулы вида где xk - выбранные узлы интерполяции; Ak - коэффициенты, зависящие только от выбора узлов, но не от вида функции (k=0,1,2,........, n). R - остаточный член, или погрешность квадратурной формулы. Отбрасывая остаточный член R, мы совершаем погрешность усечения. При расчете к ней добавляются еще различные погрешности округления. Разобьем отрезок интегрирования [a, b] на n равных частей системой точек xi= xo+ i..h; ( i = 0,1,2,......,n) xo= a; xn= b; h= (b-a)/n ; и вычислим подинтегральную функцию в полученных узлах yi= f(xi) ; ( i = 0,1,2,......,n) 1.2. Вывод формул численного интегрирования с использованием интерполяционного полинома Лагранжа Пусть для y=f(x) известны в n+1 точках X0,X1,X2..Xn промежутка [a,b] соответствующие значения f(xi)=yi (i=0,1,2..n). Требуется приближенно найти По заданным значениям Yi построим полином Лагранжа. Заменим f(x) полиномом Ln(x). Тогда где Rn(f) - ошибка квадратурной формулы. Отсюда, воспользовавшись выражением для Ln(x), получаем приближенную квадратурную формулу: Для вычисления коэффициентов Аi заметим что: 1.коэффициенты Ai при данном расположении узлов не зависит от выбора функции f(x); 2.для полинома степени n последняя формула точная. Пологая y=xK (k=0,1,2..,n), получим линейную систему из n+1 уравнений: где (k=0,1,..,n), из которой можно определить коэффициенты А0,А1,..,АN. Определитель системы есть определитель Вандермонда Заметим, что при применении этого метода фактическое построение полинома Лагранжа Ln(x) является излишним. ............ |