Tento článek poskytuje seznam různých kvadraturních vzorců pro numerickou integraci .
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 - .
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 | ||
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] . | |||
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 _ | |||
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 |
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:
| ||||
Integrální počet | ||
---|---|---|
Hlavní | ||
Zobecnění Riemannova integrálu | ||
Integrální transformace |
| |
Numerická integrace | ||
teorie míry | ||
související témata | ||
Seznamy integrálů |