北京交通大学数值分析第四章 数值积分.ppt
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§5 Gauss型求积公式 一、问题 对插值型求积公式 最小的代数精度:n 最大的代数精度:? 更一般地:带权函数 的积分 对这种类型的积分完全类似于 的情形,有两种类型的求积公式(一般 型及插值型),也有代数精度的概念。 1.插值型公式的引进: 在 上取 且 已知, 。 作L-插值: 2.对代数精度的概念,亦有结论: a.公式 有m次代数精度 当 时,公式精确成立;当 时,不精确成立。 b.一般型公式 为插值型 公式至少有n次代数精度。 回看问题: 插值型求积公式 最小代数精度为n,最大代数精度 ? Th1:插值型公式 的 代数精度严格小于2n+2。 论证:取2n+2次多项式 公式左= 公式右= 左≠右 于是:n+1个节点的求积公式代数精度最大 可能是2n+1。 定义:n+1个节点的插值型式 若代数精度为2n+1次,则称为Gauss型求积公式。 二、G-型公式的构造 1.代数精度法 对插值型公式 ,由定义 时,公式精确成立,即有: 求解可得 及 ,但此法计算复杂,实际中基本不用。 2.利用已知结论 Th2:n+1个求积节点的插值型求积公式 为G型的充要条件是,对任意的次数不超过n的多项式 ,均有 或说 正交于 。 论证: 必要性:此时公式有2n+1次代数精度, 对任意的次数不超过n的多项式 ,有 的次数不超过2n+1。 令 则公式左=公式右 又公式左= 公式右= 故 ,必要性成立。 充分性:即证对任意次数不超过2n+1次多项 式 , 公式左=公式右。 又 公式左 = = =公式右 故充分性成立。 由Th2即可得G-型公式的构造方法: 3.利用正交多项式 理论依据:Th2 → 以 为出发点,构造正交多项族 , 取 令 ,可得n+1个不同且在 内的零点。记 显然 当然 亦有 次数不超过n。 进一步,若取 为求积节点, 有 则 为G-型的。 于是有以下构造G-型公式的步骤: 问题:请构造一个k个求积节点的G型公式, 即使 为G-型的。 Step1:以 为出发点,构造正交多 项式族 ; Step2:在 中取k次正交多项式 , 令 得 ; Step3:以 作为求积节点,构造公式: 其中 为k-1次多项式 且知
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