MAA12_18092015
Transcription
MAA12_18092015
MAA12 Numeerinen integrointi2.notebook September 18, 2015 Numeerisen integroinnin Simpsonin sääntö: Integroitavaa funktiota yksinkertaistetaan korvaamalla sen kuvaaja paraabelin kaarella. y = exp(x2) 1 MAA12 Numeerinen integrointi2.notebook September 18, 2015 Johdetaan Simpsonin säännön kaava. Tapaus 1: Integrointiväli on [h, h]. y = f(x) (0, y1) (h, y0) (h, y2) y = ax2 + bx + c 2 MAA12 Numeerinen integrointi2.notebook September 18, 2015 3 MAA12 Numeerinen integrointi2.notebook September 18, 2015 Tapaus 2: Integrointiväli on [a, b]: 4 MAA12 Numeerinen integrointi2.notebook September 18, 2015 Tapaus 3: Useamman osavälin muoto y = f(x) x 0 x1 (= a) x 2 x 3 x4 (= b) 5 MAA12 Numeerinen integrointi2.notebook September 18, 2015 Simpsonin sääntö: Kahden osavälin muoto: Yleinen muoto: h = osavälin pituus, n = osavälien määrä (parillinen) x0, ..., xn = osavälien rajakohdat 6 MAA12 Numeerinen integrointi2.notebook September 18, 2015 Esimerkki: Lasketaan Simpsonin säännöllä käyttäen kuutta osaväliä. 7 MAA12 Numeerinen integrointi2.notebook September 18, 2015 Tehtäviä 1. Osoita, että Simpsonin sääntö antaa tarkan arvon jokaiselle kolmannen asteen polynomifunktion integraalille. 2π 2. a) Laske tarkka arvo integraalille ∫sin x dx . 0 b) Laske akohdan integraali puolisuunnikassäännöllä käyttäen neljää osaväliä. Mitä huomaat? π 3. Laske ∫ sin x x dx jollain sopivalla numeerisella 0 integrointimenetelmällä neljää osaväliä käyttäen. Millaisia ongelmia havaitset? 8 MAA12 Numeerinen integrointi2.notebook September 18, 2015 Simpsonin säännön virhekaava: ikiarvo Simpsonin Kun lasketaan integraalin säännöllä, tehdään absoluuttinen virhe jossa n on osavälien määrä, f (4) on funktion f neljäs derivaatta ja a < t < b. Huom! Yleensä lukua t ei tunneta tarkkaan. 9 MAA12 Numeerinen integrointi2.notebook September 18, 2015 Esimerkki: Integraalia arvioidaan Simpsonin säännöllä. Kuinka montaa osaväliä on käytettävä, jotta tuloksen poikkeama todellisesta on korkeintaan 0,0001? |En| ≤ 0,0001 f(x) = cos x f '(x) = f ''(x) = f '''(x) = f (4)(x) = Koska 0 < t < π/2, niin _______ < cos x < _______. 10