Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Рамазанов М.Д. Лекции по теории приближенного интегрирования

.pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
3.82 Mб
Скачать

цвол&дсш погрешостей таких кубатурных фориул -

это и

является целью настоящей

главы.

 

 

 

 

 

 

Надо сказать, что функционалы, использованные Собо­

левым С.Э1. также принадлежат

выделенному

семейству -

это

IT

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нетрудно было бы показать. Но,

предлагая

построение

но­

вого функциейала погрешности и

кубатурных формул, мы рас­

читываем на то, что их коэффициенты будет удобно факти­

чески вычислять для областей с гладкой границей. Усовер­

шенствуя предложенные построения, мохно найти формулы

КОэффицАпнтов подобного вида для областей

с

кусочно

глад­

кой границей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§ 4 . 1 . Описание

построения.

 

 

 

 

1°. Разбиение

единицы.

 

 

 

 

 

 

 

Считаем, что

область

-П.

обладает

границей

Г

класса С

Пусть

•{_uTj i ^_ i. —

взаимно пересекающиеся

области

с кусочно гладкими

границами

класса

С2,

такие,

что

 

 

 

 

 

 

Т

 

 

 

 

 

 

 

А главное,

 

обладает

свойством:

 

 

 

 

 

часть границы Г 7

попавшая в

 

, может быть записана

формулой, выражапцей

одну из ^координат однозначной функ-

цвея кадеса

С м

остальннх координат,

 

 

 

 

Т

* j Оь - ,

 

, хь.+1,.... х,0 ,

*<4-

причем, функция

Jfj

периодична периода

1 по каждому

яз своих аргументов,

а область I I (~\иг, располагается по

о

\дну сторону поверхности Xf = ^ .

1 20

Такую систему областей всегда можно выбрать.

Сначала составим вспомогательное разбиение едини­

цы для

функций одного

переменного. Положим

 

 

 

 

 

М(|-Г)

 

 

 

 

,

.

I

О

при

t & (о,

О

И

 

о

 

о

 

 

 

эгда

 

 

 

 

 

 

 

I

4>C0

& C M ( l ' ) , < f C O * o , f

(T )

= f C - r )

 

 

ьчрр

4 > C r t [ - i . i l

, Ч " ( ^ -

i.-

при

l t - U V z

Z. f Ci -Is ) » i .

Сдадимся пока произвольными . &i > о . имеем

а для

x e

ft4

 

О

.

1 а Д

J L ^ - v -

i

^ h ?

^ f - f ^ > ^ a : - i ^

d

 

'A

 

 

i-[S,,...,S»)

 

 

В последней суше

сгруппируем в-отдельную функцию У^- =

 

 

те слагаемые, носители которых пересе­

каются с

UT-. Если слагаемое может попасть в несколько

 

 

а

 

 

 

 

 

таких

группировок,

отнесем

его в какую-нибудь из них.

Пусть

Л

• = supp Фу (*)

^

а

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2 1

 

 

 

 

 

 

При достаточно

малом

£i

области

и Л

6 ,

близ-

ки к-областям

UTj ^ так

что можно в свойстве

(4.1.1)

заменить

10^

ка

 

* или

- ^ ь ,

 

 

и оно

будет выпол­

няться для областей -fij

или - f r j (

t t

соответственно. Бу­

дем считать, i4Tb

£i

так

выбрано. Продолжим.Ф- (х) из

Q

на все

 

периодичеики с периодом

1 по каждой пе­

ременной

3tt ^ продолженные функции

обозтчиы

^

0 0 ,

 

 

 

 

 

J

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть теперь ^ Д х ) = 1-5" ^ОО.Зи» тим теперь,что

 

&upP^en-{*|fC*,nb£.b^ > f e V x

) e l

( 4 , 1 '2 )

есть пу4«ное нам разбиение единицы в

R*V

Оно обладает

свиистиим

(4.1.1) (с

ггЛенсй uTj

на

-П^.ь,

)

кроме того,

)Pj

( х ) е- С ^ й " 1 )

 

и

^

(х.)

периидичиы с

основным

периодом

Q .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2° . Элементарный фунп^шал.

 

 

 

 

 

Элементарным функционалом мы называем функционал

из

Ю'Сеп )вида

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1к|бс,к^>-о

 

 

 

 

 

подчиненпый условиям

 

 

 

 

 

 

 

 

 

< > ( x ) , x J >

= 0

Ъл*.

|«l|sM.

 

(4 . 1 . 4)

 

Опишем построение

одного из

возможных А СХ У

Рас­

смотрим сначала

одномерный случай. Для t = o , i ) . . . , M дллж-

ни быть

< 'У- Ct) , ^ > " °

 

 

 

 

 

 

 

'• Полагая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H ^ = J W ^ - 21 a*S"(W)

 

имеем

Х о » к *

* i - t*cLc ,

t - c . i , . . , *

или

Да - 6 ,

(4 . 1 . b)

 

\

 

 

 

 

 

 

 

где

о, -

(au.

. , a O г 6 = C 1 . ^, - , /м+Лнвекторы-столбцы,

 

 

 

A = ( K c ) ^ 0

| K ; J - * ьетрица

 

« К

(4 . 1 . 6)

Ясно,

что при

K * M + i

система (4.1.5)

разрешима.

 

Для

П. -

мерного

случая положим

 

 

 

Проверим условие ( 4 . 1 , 4 ) .

Пусть иггрихи

означают, что

 

рассматриваемые величины относятся к 0>~О - мерному

»

случаю с

переменными

х ' =

( х , х п . , )

<& ft" L

 

* ' '

К »\ - 1

=(по индукции) - 0 .

Таким образом, формула (4..1.3) построена , С =

К.

3°. Построение функционалов погрешостей.

 

Для кажд»й функции

(х) > ( j = i,_,3"построим свой

функционал

( х ^ так, чтобы £^"(эс) получилось

по

•формуле

 

 

 

J •

Одновременно

будем

строить функционалы ^ (*-.) ц

^ ( * Л

с помощью которых

зададим

1^С<) и £ " ' ( * • ) '

из оп­

ределения ^

( Л , M ( j М в ) 2 )

класса формулами

 

Уы опишем

построение /М'-О,1 ?'1 *^ 9 Д х ) , а для^ ос­

тальных j = 2,...

,7 Э Т и функционалы можно построить ана­

логично. Для определенности предположим, что на носите­

ле

 

граница

Г

области

-fi-

вырах^ется форму­

лой

а п =

 

С м ъ

J 2 1 | t

|

Л 11

 

расположив в ,об-

ласти ( x l x ^ - y C x 1 ) ]

,

а

J l , , t

,

П ( С } \ Л )

-

в

области

{ х

| хл > у ( х ' )

} .

 

 

 

 

 

 

 

 

Сделаем ааиену переменных у'-- *',У« =

 

 

при

которой

Г П Л А 1 £ | _

 

перейдёт в

кусок гиперплоскос­

ти

к введем обозначения для областей,

преобразо­

ванных этой заменой:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

образ

Л П Л ,

 

6 , -

образ

Л Л Л , ^

в,. -

обраа Г Ч П Л , ^

 

,

 

_

обрав

 

« А ^ Л - П , , ^ .

 

В переменных у

с помощью элементарного функциона­

ла

Х{у)образуем такие

 

 

 

 

 

 

 

 

кн)

-

Z

 

 

 

 

 

 

^

Ъ

(

Щ Л 1

Положим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

•л * ё,

1

12 ^

После подстановки А кэ (4.1.3) формулы (4.1.10) принимают вид

Пусть H*'^-) -

•( XQ*ty/kj

обозначает дробную

 

часть числа

^(<к)/^. Подставим в написанные выше форму­

 

лы вместо

frf^-«:„

А.) выражения

 

 

$

 

 

 

 

S-0

 

 

 

 

a ( ^ ~ < * t , K ' t ) a o Y ^ - i e ^ ) - ! & s ^ - ^ l C l t ' * ) i - * ^ ,

(4.1.11)

a nocTv иные £ и <4 (s= о,определяются из условий

Замена, переменных

+

_ ' f

позволяет

переписать систему (4.1.12) в виде

С< Z « U ОО) - «

i5) = о,

125

 

ы = о,м

, t

a

1 ,

i - г.(>'ЛУ

 

 

Это даёт алгебраическую,систему для иахоздешш

J * , ,

гЭе' 3 = ( е / . Д , . . . , а 4 \ г = о , г , - - . г 4 )

-

в е к т , > р * о т о

л б , ц ы '

В -

матрица

С^-<1)(МчГ)

,

В = C£ J t )S | V.о

('причем

Q °sl)

(4.1ЛЗ)

очень

похо-да на ( 4 Л . 5 )

и так же, как

( 4 Л . 5 ) разрешима при $

 

Пусть

£ а

o l s £s •- с7 $ ") -

какие-нибудь решения

(4 . 1 . 12) . Заметим,

что все

с(6

ограничат равномерно по к

 

 

 

 

 

 

Обозначим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

Q l ( ! r )

=

^ Z !

А * &(М-к'к)&(Ь-<*К

к',к)г

(4.1.16)

 

 

рСкЬ.еЛь к'к

 

 

Q l C W

=

C Z -

СВ^-к'к)йС%-кЛ,^)

 

( 4 Л Л ? )

и положим

Обратная замена переменных *'=ч"' 3Cn=4n +jf(4') при­ ведёт нас к искомый функционалам

ft(x) = g > ( x ' , 3

c , - ^ x ' j ) ) ^ C x ) = Q / ( x ; x , - ^ x ' j ) ,

 

(4.1.19)

4

о

.

* -

,

л

t f x ) .

 

Формулы для коэффициентов функционала

 

 

 

ч

 

 

12 6

*

Преобразуем выражение для

 

P , ( w 4 -J s(V>) = ^ ( « ) =

Z

> ч - - ; ~ - ) + д з * б о =

 

 

к и е ,

v 4

= - 4 > ' u ) - ^ Z

X

ot | ...at ,8-^-tK4t)t) + ?a Cu)=.

i -- Г, i£

Заметим, что

нам достаточно иметь выражение для

р±

только на

в 0 - носителеsсрезывающей функции ^.Обовна-

чив через

j>

часть рА ? не попавшую на носитель

^ t

имеем

 

 

 

 

 

Д-х

У

В последнем выражении переставим порядки суммирования таким образ 6м

Получим

= Р6/)^> / i - ^ Z I . Z 4 Z a*J *•(»'--'0'

12 ?

Перейдём к переменный х

p . C ^ x h y ^ i - ^ Z

 

Z

 

l a ,

J f r ( * - « t ) j

Таяш образом,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tyx)ft(«)

- ^

W

j

^

-

C

Z

С*

к О }

,

(4.1.20)

**e _ C R

«

 

Z

 

 

4

 

Z

а«г .

 

Нмфрициенты

dt

 

зависят от

уравнения границы.

Выделим явно эту зависимость. При этом мы останавли-

вммся на одном на возможные вариантов выбора

за­

одно подберём и

CL*

Для бояьюей простоты

a r и

di

лнрояим похошш формулами, приняв

<±»=о, 3 =К= М+i.

Нуе» «гирь

а = (а,,...,аО

, «

= ^ . ^ , - И / м , 1 ) ,

2 « 0 А - А \

I

lt, . - . «l H )

ве«тора-столбцы,

матрица А

м л н Фадомв*

(4.1.5).Тогда

Д 3 = £ , Д а = й .

 

FLYW*

А-*

 

Л ,

 

 

 

 

 

 

 

 

^

А « C a y ) C 4 f 4 .

 

 

 

 

 

Of эрааяшш границы зависит только 1= {

j . ° * * < А

Пцммаш значения о£4 • a r в (4.1.21)

 

 

K .

C ^ Z * £ ^

Z

^

z a<rt

1 2 8

Аналогичные формулы получаются и для остальных С^ .

Для того, чтобы выписать

общую формулу

условии- •

ся считать что в областа

Г-{х| х,у =^

0 х ! , - , x t j - i ,х у+«,-15 с ч)]

Кроме того, будем писать

 

 

Тогда

К.

nli»Jl

i i i «

J

где

 

 

 

 

 

мЛ

Mti

nUh(M-M,5j4-i)

imh

О

(4.1.23)

с О * ) = Z t

Z * j ?

Z ' Q s t

Z

a s t

 

Формула (4.1.23) может бить полезной для факуического вычисления С к для точен к k , удаленных от Г меньше чем на 2(м+1)к\?(кк,Г)< 2(ги+.9)к. ' Если

р(к(\,Г)

-9 2(M+i)k,

то мы понажем позже,

что

в этом,

случае

С к ~ i •

 

 

 

 

 

Можно иыло бы, проделав аналогичные вычисления,

пп

учить подобные формулы для

функционалов

t ( « ) и

• t

^ ' C x )

, но такие

исдрооные

выражения •£-Г*Сх) и

£ . ш * 0 ^

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ