Приближенное вычисление определенных интегралов

 

Выше уже упоминалось о том, что достаточно мощным средством вы­чис­ления определенных интегралов является формула Ньютона-Лейбница. Однако ее практическое применение бывает связанным с существенными труд­ностями, возникающими при достаточно сложном аналитическом виде подынтегральной функции. С другой стороны, эта формула оказывается вообще неприменимой, когда речь идет о функциях, первообразные которых не выражаются в элементарных функциях. В этих и некоторых других случаях часто используют численные методы, позволяющие найти приближенное значение искомого определенного интеграла с требуемой точностью.

Существуют различные численные методы или формулы приближенного вычисления определенных интегралов. Ниже рассматривается наиболее распространенная из них – формула трапеций.

 

Пусть на отрезке [a, b] задана непрерывная и неотрицательная функция y = f (x). Мы уже знаем, что определенный интеграл от этой функции по отрезку [a, b] численно равен площади под кривой ее графика на этом отрезке. Очевидно, что мы получим приближенное значение искомого интеграла, если вместо площади под кривой возьмем площадь под ломаной, расположенной достаточно близко к исходной кривой. Для построения этой ломаной разобьем отрезок [a, b] на n равных частей длиной h = (b – a)/n каждая, и на каждом из полу­ченных отрезков разбиения заменим участок кривой хордой, стягиваю­щей концевые точки (рис. 18).

Тогда можно записать следующее при­ближенное равенство:

где Siплощадисоответствующих трапеций, каждая из которых равна:

 

 

Рис. 18

 

 

Поэтому будет справедливо следующее равенство:

 

где: Полученная в итоге формула и носит назва­ние формулы трапеций.

Доказано, что абсолютная погрешность D результата вы­чис­лений по формуле трапеций, т.е. величина разности между этим и истинным значением интеграла, может быть оценена по формуле:

где: (b - a) – длина отрезка интегрирования, n – количество отрезков разбиения, М2 – максимальное значение модуля второй производной подынтегральной функции на отрезке [a, b].

 

ПРИМЕР: Пользуясь формулой трапеций, найти приближенное значение интеграла и сравнить результат с точным значением.

Разобьем отрезок [1, 5] на 10 равных отрезков, длиной 0,4 каждый. Вычислим значения функции в точках разбиения:

 

xi 1,4 1,8 2,2 2,6 3,0 3,4 3,8 4,2 4,6 5,0
yi 1,96 3,24 4,84 6,76 9,0 11,56 14,44 17,64 21,16 25,0

 

По формуле трапеций имеем: Точное значение этого интеграла (убедитесь в этом сами) равно 124/3, следовательно, абсолютная погрешность нашего приближенного вычисления будет равна:

С другой стороны эту же погрешность можно оценить по приведенной выше формуле, в которой М2 = 2, т.к. f″(x) = 2:

 

 

 








Дата добавления: 2016-04-11; просмотров: 1170;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.004 сек.