Seznam kvadraturních vzorců

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 7. ledna 2019; kontroly vyžadují 9 úprav .

Tento článek poskytuje seznam různých kvadraturních vzorců pro numerickou integraci .

Notace

Obecně je numerický integrační vzorec zapsán takto:

,

Vzhledem k aditivitě integrálu budou za integrační oblast uvažovány jednoduché oblasti ( trojúhelník , čtyřúhelník , čtyřstěn atd.) , u složité geometrie lze obsah znázornit jako sjednocení jednoduchých a přes ně vypočítat integrál popř. použijte spline k reprezentaci mapování na hlavní prvek.

V článku budou proměnné použity k označení přirozených souřadnic a k označení souřadnic hlavního prvku - .

Jednorozměrný integrál

Jednorozměrná integrace je vždy integrace přes segment.

Číslo Počet bodů Pořadí integrace dodatečně
jeden jeden jeden Obdélníková metoda
2 2 jeden Lichoběžníková metoda
3 2 3 Gaussova metoda -2
čtyři 3 3 Simpsonova metoda
5 3 5 Gauss-3 metoda
6 čtyři 7 Gauss-4 metoda
7 5 9 Gauss-5 metoda

Dvourozměrný integrál

Čtvercový hlavní prvek

; ;

Tyto integrační vzorce lze také použít, když je integrační oblastí konvexní čtyřúhelník, ale pak přechodové vzorce na hlavní prvek (a naopak) nebudou mít tak jednoduchý tvar. Výraz pro přechod můžete získat pomocí interpolačního polynomu .
Mnoho vzorců pro čtvercovou integraci lze získat jako kombinace vzorců pro segment: všechny možné dvojice jednorozměrných bodů jsou brány jako integrační body a odpovídající součiny integračních vah jsou brány jako váhy. Příklady takových metod v tabulce níže jsou metoda obdélníku, metoda lichoběžníku a metoda Gauss-2.

Číslo Počet bodů Pořadí integrace dodatečně
jeden jeden jeden Obdélníková metoda (průměrná metoda)
2 čtyři jeden Lichoběžníková metoda
3 čtyři 3 Gauss-2 metoda
čtyři 12 7





Počet uzlů je minimální [1] .

Trojúhelníkový hlavní prvek

Pro přechod na hlavní prvek se používají barycentrické souřadnice (L-souřadnice), označené .

Pro výpočet koeficientů L-souřadnic se používá matice :

Matice koeficientů je inverzní k : .

Číslo Počet bodů Pořadí integrace dodatečně
jeden jeden jeden Průměrná metoda
2 3 2 -
2 3 2 Gauss-3 metoda
čtyři čtyři 3 Gauss-4 metoda
5 7 3 Newton - Cotesova metoda _  

Trojrozměrný integrál

Krychlový hlavní prvek

; ;

Stejně jako pro čtverec lze použít krychli jako hlavní prvek pro libovolný šestiúhelník [ upřesnit ] , ale pak se přechodové a jakobiánské vzorce zkomplikují.
Podobně jako u čtverce lze také mnoho integračních vzorců krychle získat ze vzorců integrace segmentů, souřadnice uzlů jsou všechny možné trojice souřadnic jednorozměrného vzorce a integrační váhy jsou součinem odpovídajících vah jednorozměrný vzorec.

Číslo Počet bodů Pořadí integrace dodatečně
jeden jeden jeden Obdélníková metoda (průměrná metoda)
2 osm 3 Gauss-2 metoda
3 čtrnáct 5 Počet uzlů ve třídě vzorců s řádem aproximace 5 a neobsahujících počátek je minimální. [2]

Protože integrační vzorce vyššího řádu obsahují mnoho bodů, uvádíme je samostatně.

Číslo bodu dodatečně
jeden , , , , , _





2
3
čtyři
5
6
7
osm
9
deset
jedenáct
12
13
čtrnáct
patnáct
16
17
osmnáct
19
dvacet
21
22
23
24
25
26
27
28
29
třicet
31
32
33
34

Tetraedral master element

Podobně jako u trojúhelníku se L-souřadnice čtyřstěnu používají k přechodu k hlavnímu prvku, označenému :

Matice koeficientů je definována jako: , kde

Číslo Počet bodů Pořadí integrace dodatečně
jeden jeden jeden Průměrná metoda
2 čtyři 2 Gauss-4 metoda
3 5 3
čtyři jedenáct čtyři Gauss-11 metoda
5 čtrnáct 5 jsou určeny z následujících rovnic:

Poznámky

  1. Mysovskikh, 1981 , s. 285.
  2. Mysovskikh, 1981 , s. 280.

Literatura

Odkazy