Lista formulelor de cuadratura

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 7 ianuarie 2019; verificările necesită 9 modificări .

Acest articol oferă o listă cu diverse formule de cuadratura pentru integrarea numerică .

Notație

În general, formula de integrare numerică se scrie după cum urmează:

,

Datorită aditivității integralei , ariile simple ( triunghi , patrulater , tetraedru etc.) vor fi considerate ca aria de integrare , cu geometrie complexă, aria poate fi reprezentată ca unire a celor simple și se calculează integrala peste ele sau utilizați o spline pentru a reprezenta maparea la elementul principal.

În articol, variabilele vor fi folosite pentru a desemna coordonatele naturale și pentru a desemna coordonatele elementului principal - .

Integrală unidimensională

Integrarea unidimensională este întotdeauna integrare pe un segment.

Număr Numărul de puncte Ordinea integrării În plus
unu unu unu Metoda dreptunghiului
2 2 unu Metoda trapezoidală
3 2 3 Metoda Gauss -2
patru 3 3 Metoda Simpson
5 3 5 Metoda Gauss-3
6 patru 7 Metoda Gauss-4
7 5 9 metoda Gauss-5

Integrală bidimensională

Element principal pătrat

; ;

Aceste formule de integrare pot fi folosite și atunci când aria de integrare este un patrulater convex, dar atunci formulele de tranziție la elementul principal (și invers) nu vor avea o formă atât de simplă. Puteți obține o expresie pentru tranziție folosind un polinom de interpolare .
Multe dintre formulele de integrare pătrată pot fi obținute ca o combinație de formule pentru un segment: toate perechile posibile de puncte unidimensionale sunt luate ca puncte de integrare, iar produsele corespunzătoare ale greutăților de integrare sunt luate ca greutăți. Exemple de astfel de metode din tabelul de mai jos sunt metoda dreptunghiului, metoda trapezului și metoda Gauss-2.

Număr Numărul de puncte Ordinea integrării În plus
unu unu unu Metoda dreptunghiului (metoda medie)
2 patru unu Metoda trapezoidală
3 patru 3 Metoda Gauss-2
patru 12 7





Numărul de noduri este minim [1] .

Element principal triunghiular

Pentru a merge la elementul principal, se folosesc coordonatele baricentrice (coordonatele L), notate cu .

Pentru a calcula coeficienții coordonatelor L, se utilizează matricea :

Matricea coeficienților este inversă cu : .

Număr Numărul de puncte Ordinea integrării În plus
unu unu unu Metoda medie
2 3 2 -
2 3 2 Metoda Gauss-3
patru patru 3 Metoda Gauss-4
5 7 3 Newton - metoda Cotes _  

Integrală tridimensională

Element principal cubic

; ;

La fel ca și pentru un pătrat, un cub poate fi folosit ca element principal pentru un hexagon arbitrar [ clarify ] , dar apoi tranziția și formulele iacobiene vor deveni mai complicate.
De asemenea, în mod similar unui pătrat, multe formule de integrare a cubului pot fi obținute din formulele de integrare a segmentelor, coordonatele nodurilor sunt toate posibile triple de coordonate ale formulei unidimensionale, iar ponderile de integrare sunt produsul greutăților corespunzătoare ale formulă unidimensională.

Număr Numărul de puncte Ordinea integrării În plus
unu unu unu Metoda dreptunghiului (metoda medie)
2 opt 3 Metoda Gauss-2
3 paisprezece 5 Numărul de noduri din clasa formulelor cu un ordin de aproximare de 5 și care nu conțin originea este minim. [2]

Deoarece formulele de integrare de ordin înalt conțin multe puncte, le prezentăm separat.

Numărul punctului În plus
unu , , , , , ,





2
3
patru
5
6
7
opt
9
zece
unsprezece
12
13
paisprezece
cincisprezece
16
17
optsprezece
19
douăzeci
21
22
23
24
25
26
27
28
29
treizeci
31
32
33
34

Element principal tetraedric

În mod similar cu triunghiul, coordonatele L ale tetraedrului sunt folosite pentru a merge la elementul principal, notat cu :

Matricea coeficienților este definită ca: , unde

Număr Numărul de puncte Ordinea integrării În plus
unu unu unu Metoda medie
2 patru 2 Metoda Gauss-4
3 5 3
patru unsprezece patru Metoda Gauss-11
5 paisprezece 5 se determină din următoarele ecuații:

Note

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

Literatură

Link -uri