Решение алгебраических и трансцендентных уравнений

Скачать 2.1 Mb.

Название	Решение алгебраических и трансцендентных уравнений
страница	6/27
Дата публикации	26.05.2015
Размер	2.1 Mb.
Тип	Решение

100-bal.ru > Математика > Решение

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 27

Общая схема

построения различных методов численного интегрирования такова:

1.Отрезок [a,b] разбивают на k равных частей:

a=d₀1<…k=b, d_i=a+i*h, где h=(b-a)/k.

2.Интеграл по всему отрезку [a,b] разбивается на сумму интегралов по получившимся отрезкам [d_i,d_i+1] при i=0,1,2,…,k-1.

3.На каждом из маленьких отрезков интеграл приближенно вычисляют по формулам (3.1),причем узлы и веса при этом выбираются по одинаковому закону, который мы будем называть ШАБЛОНОМ квадратурной формулы. Количество узлов в шаблоне обычно колеблется от 1 до 5, а самый широко распространенный на практике метод Симпсона имеет в шаблоне 3 узла.

Как правило, при построении шаблона квадратурной формулы узлы выбираются равномерно распределенными по отрезку, а веса получаются при интегрировании вспомогательных многочленов Лагранжа с выбранными узлами. Построенные таким образом формулы носят общее название формул Ньютона-Котеса.

Поясним правило определения весов в формулах Ньютона-Котеса

Здесь функция f(x) заменяется на интерполяционный многочлен Рn(X), а он записывается в виде линейной комбинации вспомогательных многочленов Лагранжа, которые не зависят от функции f(X) (!).

Рассмотрим кратко наиболее простые квадратурные формулы.

МЕТОД ПРЯМОУГОЛЬНИКОВ.

Шаблон интегрирования содержит один узел, интерполяционный многочлен имеет нулевую степень. Узел выбирают в середине отрезка (возможен выбор узла и в каком-нибудь конце отрезка, но точность при этом будет хуже). Узел Х₀ на отрезке [d_i,d_i+1] задается формулой Х₀=(d_i+d_i+1)/2=a+(i+0.5)*h, a интеграл заменяется на выражение h*f(X₀).

Упражнение 3.1.Выяснить геометрический смысл такой замены.

Квадратурная формула метода прямоугольников имеет вид:

МЕТОД ТРАПЕЦИЙ.

Шаблон содержит два узла, которые расположены по краям отрезка [d_i,d_i+1], интерполяционный многочлен имеет первую степень. На отрезке [d_i,d_i+1] узлы задаются формулами: Х₀=d_i=a+ih; X₁=a+(i+1)*h, где i=0,1,2,...,k-1.

Формула шаблона метода трапеций принимает вид:

Упражнение 3.2.Выяснить геометрический смысл полученной формулы.

Упражнение 3.3.Пользуясь правилом получения весов, вывести самостоятельно формулу шаблона метода трапеций.

Складывая, получаем квадратурную формулу метода трапеций:

МЕТОД СИМПСОНА.

Шаблон содержит 3 узла, которые расположены по краям и в середине отрезка [d_i,d_i+1]; интерполяционный многочлен имеет вторую степень. Геометрический смысл метода в том, что заменяем график функции на параболу, пересекающуюся с ним в концах и середине отрезка, а площадь криволинейной трапеции, соответственно, - на площадь под параболой.

Для того, чтобы вычислить значения весов мы произведем сдвиг отрезка длины h к началу координат (замена переменной, при которой интегралы от вспомогательных многочленов Лагранжа не изменяются) и будем считать, что узлы – Х₀=-0.5h, X₁=0, X₂=0.5h. Тогда вспомогательные многочлены Лагранжа имеют вид:

Откуда, интегрируя по отрезку [-h/2,h/2], получаем:

Итак, формула для ШАБЛОНА метода Симпсона имеет вид:

Складывая получившиеся отрезках [d_i,d_i+1] результаты, имеем:

Упражнение 3.4.Написать на одном из языков программу численного интегрирования каждым из трех методов.

ПРИМЕР. Вычислим методом прямоугольников, трапеций и Симпсона при n=2 и сравним погрешности вычислений (точный ответ равен 6.4).

В методе ПРЯМОУГОЛЬНИКОВ имеем: Ih(f(0+0.5h)+f(0+1.5h))=f(0.5)+f(1.5)=82/16.

При этом получаем погрешность 6.4 - 5.125 =1.275

В методе ТРАПЕЦИЙ имеем: Ih/2(f(0)+f(2))+h*f(0+h)=1/2*(0+16)+f(1)=8+1=9.

Погрешность получается равной 2.6.

В методе СИМПСОНА имеем: Ih/6(f(0)+f(2))+h/3*f(0+h)+2h/3*(f(0+0.5h)+f(0+1.5h)) =16/6+1/3+2/3(82/16)=3+41/126.417

Погрешность получается равной 6.417-6.4=0.017

На многих других примерах можно столь же наглядно убедиться, сколь велико преимущество метода Симпсона над методами прямоугольников и трапеций в смысле точности результата. В то же время организация вычислений весьма проста, что и обуславливает широкое применение на практике этого метода.

Теоретические оценки погрешности для представленных трех методов следующие:

для метода прямоугольников |r|  M₂*(b-a)*h²/24;

для метода трапеций |r|  M₂*(b-a)*h²/12;

для метода Симпсона |r|  M₄*(b-a)*h⁴/180.

,где М₂ и М₄ –соответственно максимумы модуля второй и четвертой производных интегрируемой функции на отрезке интегрирования. Однако в реальных задачах, как правило, бывает затруднительно или совсем невозможно пользоваться этими формулами, поскольку значение максимумов производных трудно, а порой и невозможно вычислить или даже оценить.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 27

Похожие:

	Урока по теме: «уравнения. Решение задач с помощью уравнений» Зун учащихся по теме «Уравнения. Решение задач с помощью уравнений», навыков устных и письменных вычислений, упрощения алгебраических...		Урок математики в 6 ом классе по теме : «решение уравнений» Обучающие цели: повторение, обобщение и систематизация знаний учащихся по теме «Решение уравнений» и их применение отработка практических...
	Тематический план модуля «Решение некоторых трансцендентных уравнений и неравенств» Методические указания по выполнению выпускной квалификационной работы для специальности среднего профессионального образования 030912...		Тематический план курса I. Целые рациональные уравнения. 21 Лекция... Сведение уравнения к квадратному с помощью удачной подстановки. 13 Решение возвратных и обобщенных возвратных уравнений. 23 Решение...
	Урок конференция по теме "Решение задач с помощью квадратных уравнений" 8-й класс Решение задач с помощью квадратных уравнений”. Продолжить закрепление решение квадратных уравнений по формуле		Решение иррациональных уравнений и систем (10 класс) Цель: Закрепить решение иррациональных уравнений; развивать логическое мышление; расширять кругозор учащихся
	Дипломная работа «О некоторых применениях алгебры матриц» В данной дипломной работе рассматривается новые применения матриц в теории систем линейных уравнений, теории чисел и теории алгебраических...		Радиофизический факультет Ип в различных системах. Также содержание дисциплины направлено на обучение студентов основам решения задач линейной алгебры, решения...
	Оригинальность идеи и подхода, использование разнообразных приемов Определители. И их применение к решению систем линейных алгебраических уравнений		Тема: Решение задач с помощью системы уравнений первой и второй степени. Здравствуйте, ребята. Ещё начиная с начальной школы вы учились решать задачи. Для этого с каждым годом вы обучались всё новым и новым...
	Тема : Решение показательные уравнений Сегодня я дам вам действовать,чтобы вы поняли и запомнили способы и методы решения показательных уравнений		Урок математики в 4 классе по теме «Решение уравнений вида х×8 = 26 + 70» Познакомить с приемом решения уравнений на основе знаний связи между множителями и произведением
	Конспект урока на обобщающее повторение алгебры в 11 классе по теме... Повторение и обобщение знаний учащихся по теме «Решение тригонометрических уравнений и неравенств»		Элективный курс. Выполнила учитель математики моу сош №29 г. Чебоксары Морушкина Вера Васильевна Решение линейных уравнений (и уравнений приводимых к линейным), содержащих параметр. 5
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Развитие и совершенствование техники алгебраических преобразований, решения уравнений, неравенств, систем		Решение уравнений, содержащих параметры, один из труднейших разделов... Предлагаемый курс «Методы решения алгебраических задач с параметром» является предметно-ориентированным и предназначен для реализации...

Школьные материалы

Решение алгебраических и трансцендентных уравнений

Общая схема

МЕТОД ПРЯМОУГОЛЬНИКОВ.

МЕТОД ТРАПЕЦИЙ.

МЕТОД СИМПСОНА.

Похожие: