复合辛普森求积公式原理_辛普森法则:公式及其原理
复合辛普森求积公式原理
Simpson's rule is a method for numerical integration. In other words, it's the numerical approximation of definite integrals.
辛普森法则是一种数值积分方法。 换句话说,它是定积分的数值近似。
Simpson's rule is as follows:
辛普森的规则如下:
In it,
在里面,
f(x)
is called the integrandf(x)
被称为被积a
= lower limit of integrationa
=积分下限b
= upper limit of integrationb
=积分上限
辛普森的1/3法则 (Simpson's 1/3 Rule)
As shown in the diagram above, the integrand f(x)
is approximated by a second order polynomial; the quadratic interpolant being P(x)
.
如上图所示,被乘数f(x)
由二阶多项式近似; 二次插值是P(x)
。
The approximation follows,
近似如下:
Replacing (b-a)/2
as h
, we get,
将(ba)/2
替换为h
,我们得到,
As you can see, there is a factor of 1/3
in the above expression. That’s why, it is called Simpson’s 1/3 Rule.
如您所见,以上表达式中的系数为1/3
。 这就是为什么它被称为辛普森(Simpson)的1/3规则 。
If a function is highly oscillatory or lacks derivatives at certain points, then the above rule may fail to produce accurate results.
如果函数在某些点上具有高度振荡性或缺少导数,则上述规则可能无法产生准确的结果。
A common way to handle this is by using the composite Simpson's rule approach. To do this, break up [a,b]
into small subintervals, then apply Simpson's rule to each subinterval. Then, sum the results of each calculation to produce an approximation over the entire integral.
解决此问题的常用方法是使用复合Simpson规则方法。 为此,请将[a,b]
分成较小的子间隔,然后将Simpson规则应用于每个子间隔。 然后,对每个计算的结果求和,以得出整个积分的近似值。
If the interval [a,b]
is split up into n
subintervals, and n
is an even number, the composite Simpson's rule is calculated with the following formula:
如果将间隔[a,b]
分为n
个子间隔,并且n
是偶数,则使用以下公式计算复合辛普森规则:
where xj = a+jh for j = 0,1,…,n-1,n with h=(b-a)/n ; in particular, x0 = a and xn = b.
其中x j = a + jh ,其中j = 0,1,...,n-1,n且h =(ba)/ n ; 特别是x 0 = a和x n = b 。
C ++中的示例: (Example in C++:)
To approximate the value of the integral given below where n = 8:
逼近下面给出的积分值,其中n = 8:
#include<iostream>
#include<cmath>
using namespace std;float f(float x)
{return x*sin(x); //Define the function f(x)
}float simpson(float a, float b, int n)
{float h, x[n+1], sum = 0;int j;h = (b-a)/n;x[0] = a;for(j=1; j<=n; j++){x[j] = a + h*j;}for(j=1; j<=n/2; j++){sum += f(x[2*j - 2]) + 4*f(x[2*j - 1]) + f(x[2*j]);}return sum*h/3;
}int main()
{float a,b,n;a = 1; //Enter lower limit ab = 4; //Enter upper limit bn = 8; //Enter step-length nif (n%2 == 0)cout<<simpson(a,b,n)<<endl;elsecout<<"n should be an even number";return 0;
}
辛普森的3/8规则 (Simpson's 3/8 Rule)
Simpson's 3/8 rule is similar to Simpson's 1/3 rule, the only difference being that, for the 3/8 rule, the interpolant is a cubic polynomial. Though the 3/8 rule uses one more function value, it is about twice as accurate as the 1/3 rule.
辛普森(Simpson)的3/8规则与辛普森(Simpson)的1/3规则相似,唯一的区别在于,对于3/8规则,插值是三次多项式。 尽管3/8规则使用了一个以上的函数值,但其精确度大约是1/3规则的两倍。
Simpson’s 3/8 rule states :
辛普森(Simpson)的3/8规则指出:
Replacing (b-a)/3
as h
, we get,
将(ba)/3
替换为h
,我们得到,
Simpson’s 3/8 rule for n intervals (n should be a multiple of 3):
n间隔的Simpson的3/8规则(n应该是3的倍数):
where xj = a+jh for j = 0,1,…,n-1,n with h=(b-a)/n; in particular, x0 = a and xn = b.
其中j = 0,1,…,n-1,n且h =(ba)/ n时 x j = a + jh ; 特别是x 0 = a和x n = b 。
翻译自: https://www.freecodecamp.org/news/simpsons-rule/
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