牛顿柯特斯公式

牛顿柯特斯公式第1页，课件共15页，创作于2023年2月第2页，课件共15页，创作于2023年2月二、Newton-Cotes公式的代数精度所以I=S，表明辛卜生公式对于次数不超过三次的多项式准确成立，用同样的方法可以验证对于f(x)=x4，辛卜生公式不成立，因此辛卜生公式的代数精度可以达到三次。第3页，课件共15页，创作于2023年2月上式中被积函数是奇函数，积分区间关于原点对称，故积分值为0，

即：所以2n阶N-C公式至少具有2n+1次代数精度。第4页，课件共15页，创作于2023年2月三、几种低阶Newton-Cotes求积公式的余项证明：这里被积函数中的因子(x－a)(x－b)在区间[a,b]上不变号（非正），故由积分中值定理，在[a,b]内至少存在一点

，使：第5页，课件共15页，创作于2023年2月证明：在[a,b]区间上构造三次多项式H(x)，让H(x)满足插值条件（带导数插值）：而辛卜生公式至少具有三次代数精度，因此对上述三次多项式H(x)应准确成立，即有：其插值余项为：第6页，课件共15页，创作于2023年2月因此，辛卜生公式的误差就是对上述误差公式的积分：第7页，课件共15页，创作于2023年2月

四

复化求积公式在实验计算中常用的就是以上三种低阶的N-C公式，但若积分区间比较大，直接使用这些求积公式，则精度难以保证；若增加节点，就要使用高阶的N-C公式，然而前面已指出，当n

8时，由于N-C公式的收敛性和稳定性得不到保证，因此不能采用高阶的公式，事实上，增加节点，从插值的角度出发，必然会提高插值多项式的次数，Runge现象表明，一般不采用高次插值，亦即不用高阶N-C公式，为提高精度，当增加求积节点时，考虑对被积函数用分段低次多项式近似，由此导出复化求积公式。第8页，课件共15页，创作于2023年2月1、复化梯形公式第9页，课件共15页，创作于2023年2月2、复化辛普森公式步长h越小，截断误差越小。与复化梯形公式的分析相类似，可以证明，当n

时，用复化Simpson公式所求得的近似值收敛于积分值，而且算法具有数值稳定性。第10页，课件共15页，创作于2023年2月xi01/81/43/81/25/83/47/81f(xi)10.9973978………

………

………0.8414709第11页，课件共15页，创作于2023年2月第12页，课件共15页，创作于2023年2月若用复化求积

公式计算积分:的近似值，要求计算结果有

四位有效数字，n应取多大？例2[解]因为当0≤x≤1时有0.3<e-1≤e-x≤1于是：要求计算结果有四位有效数字，即要求误差不超过10-4/2。又因为:因此若用复化梯形公式求积分，n应等于41才能达到精度。由复化梯形公式误差估计式：第13页，课件共15页，创作于2023年2月若用复化Simpson公式即得n

1.6。故应取n=2。[a,b]分成n

等分，分点为：在每个小区间：上，共三个点：所以这里在[0,1]上实际上共有5个分点。注意这里是将区间第14页，课件共15页，创作于2023年2月例2的计算结果表明，为达到相同的精度，用复化Simpson公式所需的计算量比复化梯形公式少，这也说明了复化Simpson公式的精度较高，实际计算时多采用复化Simpson公式。复化求积方法又称为定步长方法，要应用复化求积公式，必须根据预先给定的精度估计出合适的步长或n，进而确定对积分区间的等分数，如同例2一样。然而当被积函数稍复杂一些，要由误差估计式给出合适的步长，就要估计被积函数导数的上界值，而这一点是相当困难的。定义