4.Численное интегрирование

4.1. Составные формулы прямоугольников, трапеций, Симпсона

525. Повышения точности численного интегрирования добиваются путем применения составных формул. Для этого,при нахождении определенного интеграла,отрезокразбивают на четноечисло отрезков длиныи на каждом из отрезков длиныприменяют соответствующую формулу. Таким образом получают составные квадратурные формулы прямоугольников, трапеций и Симпсона.

526. На сетке ,,, составные формулы имеют следующий вид:

527. формула прямоугольников

7. ;

528. формула трапеций

8. ;

529. формула Симпсона

9. ,

530. где - остаточные члены. Приприближенные значения интегралов для всех трех формул (в предположении отсутствия погрешностей округления) стремятся к точному значению интеграла[1, 7, 8, 13].

531. Для практической оценки погрешности квадратурной формулы можно использовать правило Рунге. Для этого проводят вычисления на сетках с шагом и, получают приближенные значения интегралаии за окончательные значения интеграла принимают величины:

532. - для формулы прямоугольников;

533. - для формулы трапеций;

534. - для формулы Симпсона.

535. За погрешность приближенного значения интеграла для формул прямоугольников и трапеций тогда принимают величину , а для формулы Симпсона.

Лабораторная работа № 7

539. В лабораторной работе требуется, используя квадратурные формулы прямоугольников, трапеций и Симпсона, вычислить значения заданного интеграла и, применив правило Рунге, найти наименьшее значение n(на­и­боль­шее значение шага h), при котором каждая из указанных формул дает приближенное значение интеграла с погрешностью e, не превышающей заданную. Варианты заданий приведены в таблице (e =0.01; 0.001;0.0001).

541. Номер варианта	Задание	Номер варианта	Задание
     1		10
     2		11
     3		12
     4		13
     5		14
     6		15
     7		16
     8		17
     9		18

     Варианты заданий для выполнения лабораторной работы № 7

544. Номер варианта	Задание	Номер варианта	Задание
     19		30
     20		31
     21		32
     22		33
     23		34
     24		35
     25		36
     26		37
     27		38
     28		39
     29		40

     Продолжение таблицы

546. Порядок выполнения лабораторной работы.

547. 1) Составить подпрограммы-функции для вычисления интегралов по формулам прямоугольников, трапеций и Симпсона.

548. 2) Составить подпрограмму-функцию для вычисления подынтегральной функции.

549. 3) Составить головную программу, содержащую оценку по Рунге погрешности каждой из перечисленных ранее квадратурных формул, удваивающихnдо тех пор, пока погрешность не станет меньше e, и осуществляющих печать результатов значения интеграла и значенияnдля каждой формулы.

550. 4) Провести вычисления по программе, добиваясь, чтобы результат удовлетворял требуемой точности.

551. 5) Результаты работы оформить в виде краткого отчета, содержащего сравнительную оценку применяемых для вычисления формул.