Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Обзорная лекция_A5.doc
Скачиваний:
2
Добавлен:
06.09.2019
Размер:
629.25 Кб
Скачать

2 Интегрирование

Квадратурные формулы Гаусса, определение параметров квадратурных формул, используя ортогональные полиномы. Свойства, погрешность.

Квадратурные формулы Гаусса (формулы наивысшей алгебраической точности) получают из формул Ньютона-Котесса посредством оптимизации распределения узлов.

В общем случае формулы для приближенного вычисления определенного интеграла

( - весовая функция) получаются заменой подынтегральной функции интерполяционным полиномом с последующим аналитическим интегрированием для вычисления квадратурных коэффициентов

где - узлы квадратурной формулы, а коэффициенты, которые не зависят от подынтегральной функции и могут быть предварительно вычислены для каждого распределения узлов.

В формулах Ньютона-Котесса выбирается эквидистантное распределение узлов. Оценка погрешности интегрирования

Из формулы следует, что формула Ньютона-Котесса позволяет точно интегрировать полиномы степени

Для кв.формул Гаусса узлы выбираются в корнях ортогональных полиномов. Оценка погрешности

где - используемый ортогональный полином с такой нормировкой, что коэффициент при старшей степени равен 1

т.е. формула Гаусса позволяет точно интегрировать полиномы степени

Обычно

Построение рабочих кв.формул Гаусса основано

  • на предположении, что известно как строить формулы Ньютона-Котесса

  • на двух леммах

Если узлы квадратурной формулы, точной для всех многочленов степени , то

где , - произвольный полином, степени не выше

Соотношение можно использовать как определение ортогонального полинома. Весовая функция определяет его тип и распределение корней на

Пусть нули ортогонального полинома являются узлами квадратурной формулы, точной для полиномов степени (формулы Ньютона-Котесса). Тогда эта формула точна для полиномов степени

Погрешность интегрирования полиномов степени есть

(ортогональность)

(нуль полинома)

Трудность при построении кв.формул Гаусса заключается в нахождении корней ортогональных полиномов

Достоинства по сравнению с кв.ф-лами Ньютона-Котесса

  • Точны для полиномов , а не

  • Все квадратурные коэффициенты положительны

  • Можно вычислять несобственные интегралы

Наиболее употребительные ортогональные полиномы, используемые для построения квадратурных формул

  1. - полиномы Лежандра

  2. - полиномы Чебышева I и II рода

  3. - многочлены Эрмита

3 Решение слау

Решение СЛАУ с предварительной факторизацией матрицы, используя неортогональные преобразования. Итерационное уточнение решения СЛАУ

СЛАУ

используя неортогональные ( ) неособенные ( ) матрицы, преобразуется к виду

или

где - верхнетреугольная по построению, - неособенная нижнетреугольная.

Домножая на , получаем вместо СЛАУ, в которой матрица заменена произведением двух треугольных

Процесс факторизации матрицы можно выполнить независимо от правой части.

Решение исходной СЛАУ сводится к решению двух более простых задач

- прямой ход в схеме Гаусса

- обратный ход

Для повышения устойчивости вводятся перестановки, которые

  • не изменяют структуру треугольных матриц

  • позволяют получить все элементы матриц , по модулю не превышающих 1

Факторизация с перестановками отличается от наличием матрицы перестановок

в результате чего двухшаговый процесс решения СЛАУ будет иметь вид

- прямой ход в схеме Гаусса

- обратный ход

Вычисление определителей

В силу

определитель факторизованной матрицы

Для того, чтобы избежать переполнения или исчезновение порядка

Вычисление обратной матрицы

откуда наиболее экономно

Часто при вычислении обратной матрицы используется алгоритм итерационного уточнения