Simpsons (675828), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Однако при применении правила Рунге необходимо учитывать величину погрешности вычислений: с уменьшением абсолютная погрешность вычислений интеграла увеличивается (зависимость
от
обратно пропорциональная) и при достаточно малых
может оказаться больше погрешности метода. Если превышает
, то для данного шага применять правило Рунге нельзя и желаемая точность не может быть достигнута. В таких случаях необходимо увеличивать значение
.
При выводе правила Рунге вы существенно пользовались предположением, что . Если имеется только таблица значений
, то проверку
«на постоянство» можно сделать непосредственно по таблице Дальнейшее развитие приведенных алгоритмов позволяет перейти к адаптивным алгоритмам, в которых за счет выбора различного шага интегрирования в разных частях отрезка интегрирования в зависимости от свойств
уменьшается количество вычислений подынтегральной функции.
Другая схема уточнения значений интеграла - процесс Эйтнена. Производится вычисление интеграла с шагами , причем
. Вычисление значений
. Тогда
(14).
За меру точности метода Симпсона принимают величину :
5. Примеры
Пример 1. Вычислить интеграл по формуле Симпсона, если
задана таблицей. Оценить погрешность.
Таблица 3.
Решение: Вычислим по формуле (1) при и
интеграл
.
По правилу Рунге получаем Принимаем
.
Пример 2. Вычислить интеграл .
Решение: Имеем . Отсюда h=
=0.1. Результаты вычислений приведены в таблице 4.
Таблица 4.
Вычисление интеграла по формуле Симпсона
i | |||
0 | 0 | y0=1,00000 | |
1 | 0.1 | 0,90909 | |
2 | 0.2 | 0,83333 | |
3 | 0.3 | 0,76923 | |
4 | 0.4 | 0,71429 | |
5 | 0.5 | 0,66667 | |
6 | 0.6 | 0,62500 | |
7 | 0.7 | 0,58824 | |
8 | 0.8 | 0,55556 | |
9 | 0,9 | 0,52632 | |
10 | 1,0 | 0,50000=yn | |
| 3,45955(1) | 2,72818(2) |
По формуле Симпсона получим:
Подсчитаем погрешность полученного результата. Полная погрешность складывается из погрешностей действий
и остаточного члена
. Очевидно:
где - коэффициенты формулы Симпсона и - максимальная ошибка округления значений подынтегральной функции.
Оценим остаточный член. Так как , то
. Отсюда
max при
и, следовательно,
. Таким образом, предельная полная погрешность есть R=
и, значит,
.
Пример3. Вычислить интеграл: .
Решение:
2 | -0,41613 | -0,208065 | 1 |
2,05 | -0,46107 | -0,224912 | |
2,1 | -0,59485 | -0,240405 | 4 |
2,15 | -0,54736 | -0,254586 | |
2,2 | -0,58850 | -0,267500 | 2 |
2,25 | -0,62817 | -0,279187 | |
2,3 | -0,66628 | -0,289687 | 4 |
2,35 | -0,70271 | -0,299026 | |
2,4 | -0,73739 | -0,307246 | 2 |
2,45 | -0,77023 | -0,314380 | |
2,5 | -0,80114 | -0,320465 | 4 |
2,55 | -0,83005 | -0,325510 | |
2,6 | -0,85689 | -0,329573 | 2 |
2,65 | -0,88158 | -0,332672 | |
2,7 | -0,90407 | -0,334841 | 4 |
2,75 | -0,92430 | -0,336109 | |
2,8 | -0,94222 | -0,336507 | 2 |
,85 | -0,95779 | -0,336067 | |
2,9 | -0,97096 | -0,334814 | 4 |
2,95 | -0,98170 | -0,332780 | |
3 | -0,98999 | -0,329997 | 1 |
Поскольку ,
при x[2,3], для производных
и
получаем:
Оценки для погрешности метода Симпсона :
0.0000017 для
=0.1,
0.0000002 для
=0.05.
Чтобы погрешность округления не искажала столь точный результат для формулы Симпсона, все вычисления проводились с шестью знаками после запятой.
Окончательные результаты:
12