Approximate Integration 近似积分
黎曼求和,我们把对应的[a, b]分成n份,每份大概为 Δx = (b - a)/n
这个时候,有:
我们可以用左边的顶点求和,为:
对应的图像为:
或者,我们用右边的顶点求和,为:
对应的图像为:
当我们用中点去求近似的时候,会比左边,右边要更好
Midpoint Rule 中点原则
原则定义:
Trapezoidal Rule 梯形原则
原则定义:
这里,我们可以通过
化简为上面的公式
例子
一些例子,
因为比较简单,只是应用,这里就截个图
例子1
这里分别用 梯形原则 , 中点原则 求值
n为5的时候,带入即可:
对应的图像为:
对应的 中点原则 求值,为:
对应的图像为:
我们通过积分,求得对应的真实值为:
这个时候,我们对比一下对应的error误差:
(Et 表示 Trapezoidal Rule 梯形原则的误差, Em 表示 Midpoint Rule 中点原则的误差)
根据上面的值,我们可以得到,对应的值大约为:
例子1的地方,
我们用 L 表示左顶点求值, R表示右顶点求值, T表示梯形求值, M表示中点求值
我们可以得到对应n的时候,对应的值
根据上面的近似值,可以得到对应的相对误差E
我们可以通过表格发现,对应的 L, R, 没有 T 和 M相对误差小
Error Bounds 误差范围
对应的误差范围:
例子2
根据上面的公式,这里 根据
可以得到:
最后得到结果:
即:
所以, n = 41的时候, 可以满足对应的精度。
同理, 对 Midpoint Rule 中点原则
有:
例子3
(a)我们当 a = 0,b = 1,n = 10, 和 中点原则 可以有:
(b)我们可以得到
可以求得:
根据上面的公式,可以得到:
Simpson’s Rule 辛普森法则
例子4
简单套 Simpson’s Rule 辛普森法则 公式,
Error Bound for Simpson’s Rule
这里当2次翻倍的时候,也就是4次求导
可以得到对应的 辛普森法则, 求出 辛普森法则 的误差范围
例子6
这个时候,我们要对应的进度到达0.0001
我们先多次求导,可以得到:
这里因为自变量范围是在1和2之间,所以
根据上面的公司,有不等式:
有:
即: