Numerická integrace. 6. listopadu 2012



Podobné dokumenty
Definice z = f(x,y) vázané podmínkou g(x,y) = 0 jsou z geometrického hlediska lokálními extrémy prostorové křivky k, Obr Obr. 6.2.

2.6.4 Lineární lomené funkce s absolutní hodnotou

7. Silně zakřivený prut

Asymptoty grafu funkce

Goniometrie trigonometrie

Výrazy lze též zavést v nečíselných oborech, pak konstanty označuji jeden určitý prvek a obor proměnné není množina čísel.

M-10. AU = astronomická jednotka = vzdálenost Země-Slunce = přibližně 150 mil. km. V následující tabulce je závislost doby

2.1. Pojem funkce a její vlastnosti. Reálná funkce f jedné reálné proměnné x je taková

Lineární algebra. Vektorové prostory

Druhá mocnina. Druhá odmocnina Druhá odmocnina. Předpoklady: V této hodině jsou kalkulačky zakázány.

1 Měření kapacity kondenzátorů

Gymnázium, Praha 10, Voděradská 2 Projekt OBZORY

UŽITÍ DERIVACÍ, PRŮBĚH FUNKCE

IRACIONÁLNÍ ROVNICE. x /() 2 (umocnění obou stran rovnice na druhou) 2x 4 9 /(-4) (ekvivalentní úpravy) Motivace: Teorie: Řešené úlohy:

Rostislav Horčík. 13. října 2006

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Exponenciála matice a její užití. fundamentálních matic. Užití mocninných řad pro rovnice druhého řádu

KVADRATICKÉ ROVNICE A NEROVNICE (početní a grafická řešení)

Skupina Testování obsahuje následující moduly: Síla a rozsah výběru, Testy a Kontingenční tabulka.

Business Contact Manager Správa kontaktů pro tisk štítků

5. cvičení 4ST201_řešení

AMU1 Monitorování bezpečného života letounu (RYCHLÝ PŘEHLED)

( ) ( ) Sčítání vektorů. Předpoklady: 7201

1.3 Druhy a metody měření

Statistika ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA DOPRAVNÍ. Jiří Volf, Adam Kratochvíl, Kateřina Žáková. Semestrální práce - 0 -

(k 1)x k + 1. pro k 1 a x = 0 pro k = 1.

ÚVOD DO HRY PRINCIP HRY

2.8.8 Kvadratické nerovnice s parametrem

Digitální učební materiál

Jan Březina. Technical University of Liberec. 17. března 2015

Střední průmyslová škola a Vyšší odborná škola technická Brno, Sokolská 1. Podpora digitalizace a využití ICT na SPŠ CZ.1.07/1.5.00/34.

Stavební mechanika přednáška, 2. května 2016

Fyzikální praktikum 3 - úloha 7

B Kvantitativní test. Semestrální práce TUR. Novotný Michal

4 DVOJMATICOVÉ HRY. Strategie Stiskni páku Sed u koryta. Stiskni páku (8, 2) (5, 3) Sed u koryta (10, 2) (0, 0)

Grafické řešení soustav lineárních rovnic a nerovnic

Změnu DPH na kartách a v ceníku prací lze provést i v jednotlivých modulech.

( ) Úloha č. 9. Měření rychlosti zvuku a Poissonovy konstanty

Úlohy domácího kola kategorie C

3. Polynomy Verze 338.

( ) ( ) Podmíněné pravděpodobnosti I. Předpoklady: 9207

Matematická analýza KMA/MA2I 3. p edná²ka Primitivní funkce

Analytická geometrie ( lekce)

Polosuchá vápenná metoda odsíření spalin - hmotová bilance

Moderní technologie ve studiu aplikované fyziky CZ.1.07/2.2.00/ Reálná čísla

ZADÁNÍ: ÚVOD: SCHÉMA:

Sekvenční obvody. S R Q(t+1) 0 0? Q(t)

MS Word 2007 REVIZE DOKUMENTU A KOMENTÁŘE

DISKRÉTNÍ ROZDĚLENÍ PRAVDĚPODOBNOSTI. 5. cvičení

Strojní součásti, konstrukční prvky a spoje

Vyvažování tuhého rotoru v jedné rovině přístrojem Adash Vibrio

titul před titul za rodné číslo datum narození (nebylo-li přiděleno rodné číslo)

Matematika 3. RNDr. Břetislav Fajmon, Ph.D. Mgr. Irena Růžičková ÚSTAV MATEMATIKY

Matematika 3. Sbírka příkladů z numerických metod. RNDr. Michal Novák, Ph.D. ÚSTAV MATEMATIKY

Regresní analýza. Statistika II. Jiří Neubauer. Katedra ekonometrie FEM UO Brno kancelář 69a, tel

Mezní kalibry. Druhy kalibrů podle přesnosti: - dílenské kalibry - používají ve výrobě, - porovnávací kalibry - pro kontrolu dílenských kalibrů.

Metoda konečných prvků. 6. přednáška Tělesové prvky - úvod (lineární trojúhelník a lineární čtyřstěn) Martin Vrbka, Michal Vaverka

Online travel solutions s.r.o. YONAD.CZ. Uživatelská příručka. Verze červen 2009

Ozobot aktivita lov velikonočních vajíček

Věty o pravoúhlém trojúhelníku. Vztahy pro výpočet obvodu a obsahu. Eukleidova věta o výšce. Druhá mocnina výšky k přeponě je rovna součinu

Jednofázový alternátor

PROJEKT BAKALÁŘSKÉ PRÁCE

Příprava na 1. čtvrtletní písemku pro třídu 1EB

10 je 0,1; nebo taky, že 256

SMĚŠOVACÍ KALORIMETR -tepelně izolovaná nádoba s míchačkou a teploměrem, která je naplněná kapalinou

ESII-2.1 Elektroměry

1. DÁLNIČNÍ A SILNIČNÍ SÍŤ V OKRESECH ČR

Externí zařízení Uživatelská příručka

SEZNAM PŘÍLOH. Příloha č. 1 Dohoda o individuální hmotné odpovědnosti podle 252 zákoníku práce 114

III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Příručka pro práci s dataloggerem Labquest 2. Zapínání a domácí obrazovka

VY_62_INOVACE_VK53. Datum (období), ve kterém byl VM vytvořen Květen 2012 Ročník, pro který je VM určen

3. Slimák lezl na strom 10m vysoký. Přes den vylezl 4m ale v noci vždycky sklouzl o 3m. Za kolik dní dosáhl vrcholu stromu?

Analýza oběžného kola

1) Určete ohniskové vzdálenosti čoček, jsou-li jejich optické mohutnosti 2 D, 16 D, - 4 D, - 12 D.

ECB-PUBLIC ROZHODNUTÍ EVROPSKÉ CENTRÁLNÍ BANKY (EU) 2015/[XX*] ze dne 10. dubna 2015 (ECB/2015/17)

Úvod do zpracování měření

Škola: Střední škola obchodní, České Budějovice, Husova 9 Projekt MŠMT ČR: EU PENÍZE ŠKOLÁM

Pokusy s kolem na hřídeli (experimenty s výpočty)

Změna sazby DPH v HELIOS Red po

Matematika pro 9. ročník základní školy

EHLED OSV za rok 2015 vykonávajících pouze hlavní SV

Národní informační středisko pro podporu jakosti

c sin Příklad 2 : v trojúhelníku ABC platí : a = 11,6 dm, c = 9 dm, α = Vypočtěte stranu b a zbývající úhly.

Kapitola 7: Integrál. 1/14

Novinky v programu Majetek 2.06

TECHNICKÉ KRESLENÍ A CAD

ŘÍZENÍ ABSORBERU KMITŮ POMOCÍ MATLABU

Výroba ozubených kol. Použití ozubených kol. Převody ozubenými koly a tvary ozubených kol

FILTR SRÁŽKOVÝCH VOD AS-PURAIN SROVNÁVACÍ TEST FILTRŮ

Zvyšování kvality výuky v přírodních a technických oblastech CZ.1.07/1.128/ Nástrahy virtuální reality (pracovní list)

6 Extrémy funkcí dvou proměnných

ZEMNÍ ODPOR ZEMNIČE REZISTIVITA PŮDY

Návrh induktoru a vysokofrekven ního transformátoru

Vítězslav Bártl. prosinec 2013

DUM 06 téma: Náležitosti výkresu sestavení

1.7. Mechanické kmitání

M - Příprava na čtvrtletní písemnou práci

Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. Tváření. Název: Přesný střih. Téma: Ing. Kubíček Miroslav. Autor:

(a) = (a) = 0. x (a) > 0 a 2 ( pak funkce má v bodě a ostré lokální maximum, resp. ostré lokální minimum. Pokud je. x 2 (a) 2 y (a) f.

Transkript:

Numerická integrace Michal Čihák 6. listopadu 2012

Výpočty integrálů v praxi V přednáškách z matematické analýzy jste se seznámili s mnoha metodami výpočtu integrálů. V praxi se ale poměrně často můžeme setkat s případy, kdy žádná z těchto metod nevede k cíli. Potom je jedinou možností použít některou z přibližných metod výpočtu integrálu.

Výpočty integrálů v praxi V přednáškách z matematické analýzy jste se seznámili s mnoha metodami výpočtu integrálů. V praxi se ale poměrně často můžeme setkat s případy, kdy žádná z těchto metod nevede k cíli. Potom je jedinou možností použít některou z přibližných metod výpočtu integrálu.

Výpočty integrálů v praxi V přednáškách z matematické analýzy jste se seznámili s mnoha metodami výpočtu integrálů. V praxi se ale poměrně často můžeme setkat s případy, kdy žádná z těchto metod nevede k cíli. Potom je jedinou možností použít některou z přibližných metod výpočtu integrálu.

Výpočty integrálů v praxi Příklad: V matematické statistice často pracujeme s tzv. normovaným normálním rozdělením, jehož hustota je dána funkcí f(x) = 1 e x2 2 2π

Výpočty integrálů v praxi Příklad: V matematické statistice často pracujeme s tzv. normovaným normálním rozdělením, jehož hustota je dána funkcí f(x) = 1 e x2 2 2π Chceme-li určit pravděpodobnost, že hodnota náhodné veličiny s normálním rozdělením leží v intervalu a, b, pak musíme vypočítat b a 1 2π e x2 2 dx.

Výpočty integrálů v praxi Příklad: V matematické statistice často pracujeme s tzv. normovaným normálním rozdělením, jehož hustota je dána funkcí f(x) = 1 e x2 2 2π Chceme-li určit pravděpodobnost, že hodnota náhodné veličiny s normálním rozdělením leží v intervalu a, b, pak musíme vypočítat b a 1 2π e x2 2 dx. Tento integrál ale nelze exaktními metodami určit.

Dělené diference Představme si, že známe hodnoty neznámé spojité funkce f v n + 1 bodech x 0 < x 1 < < x n. Pro těchto n + 1 bodů existuje n + 1 tzv. nultých dělených diferencí funkce f f[x i ] = f(x i ), i = 0, 1,..., n.

Dělené diference Představme si, že známe hodnoty neznámé spojité funkce f v n + 1 bodech x 0 < x 1 < < x n. Pro těchto n + 1 bodů existuje n + 1 tzv. nultých dělených diferencí funkce f f[x i ] = f(x i ), i = 0, 1,..., n. Dále existuje n tzv. prvních dělených diferencí funkce f f[x i, x i+1 ] = f[x i+1] f[x i ] x i+1 x i, i = 0, 1,..., n 1.

Dělené diference Představme si, že známe hodnoty neznámé spojité funkce f v n + 1 bodech x 0 < x 1 < < x n. Pro těchto n + 1 bodů existuje n + 1 tzv. nultých dělených diferencí funkce f f[x i ] = f(x i ), i = 0, 1,..., n. Dále existuje n tzv. prvních dělených diferencí funkce f f[x i, x i+1 ] = f[x i+1] f[x i ] x i+1 x i, i = 0, 1,..., n 1. Dále pokračujeme indukcí. Pokud známe (k 1)-ní dělené diference f[x i, x i+1,..., x i+k 1 ], f[x i+1, x i+2,..., x i+k ], potom pro k-tou dělenou diferenci platí f[x i, x i+1,..., x i+k ] = f[x i+1, x i+2,..., x i+k ] f[x i, x i+1,..., x i+k 1 ] x i+k x i.

Dělené diference Celý proces ukončíme určením jediné n-té dělené diference f[x 0,..., x n ] = f[x 1,..., x n ] f[x 0,..., x n 1 ] x n x 0.

Dělené diference Celý proces ukončíme určením jediné n-té dělené diference f[x 0,..., x n ] = f[x 1,..., x n ] f[x 0,..., x n 1 ] x n x 0. S pomocí dělených diferencí lze Lagrangeův interpolační polynom pro funkci f s uzly x 0, x 1,..., x n vyjádřit ve tvaru P n (x) =f[x 0 ] + f[x 0, x 1 ](x x 0 ) + f[x 0, x 1, x 2 ](x x 0 )(x x 1 ) +... f[x 0, x 1,..., x n ](x x 0 )(x x 1 ) (x x n 1 ), který se nazývá Newtonův vzorec dělených diferencí.

Základní metody výpočtu určitých integrálů Funkci, jejíž určitý integrál na intervalu a, b chceme určit, nahradíme Lagrangeovým interpolačním polynomem. Z tohoto polynomu určíme určitý integrál na intervalu a, b. Otázkou je, jaký stupeň Lagrangeova interpolačního polynomu zvolit (kolik uzlů zvolit).

Základní metody výpočtu určitých integrálů Funkci, jejíž určitý integrál na intervalu a, b chceme určit, nahradíme Lagrangeovým interpolačním polynomem. Z tohoto polynomu určíme určitý integrál na intervalu a, b. Otázkou je, jaký stupeň Lagrangeova interpolačního polynomu zvolit (kolik uzlů zvolit).

Základní metody výpočtu určitých integrálů Funkci, jejíž určitý integrál na intervalu a, b chceme určit, nahradíme Lagrangeovým interpolačním polynomem. Z tohoto polynomu určíme určitý integrál na intervalu a, b. Otázkou je, jaký stupeň Lagrangeova interpolačního polynomu zvolit (kolik uzlů zvolit).

Obdélníkové pravidlo Začneme tím, že zvolíme jeden uzel (stupeň Lagrangeova interpolačního polynomu bude 0). Tento uzel zvolíme uprostřed intervalu a, b.

Obdélníkové pravidlo Začneme tím, že zvolíme jeden uzel (stupeň Lagrangeova interpolačního polynomu bude 0). Tento uzel zvolíme uprostřed intervalu a, b.

Obdélníkové pravidlo Potom lze vyjádřit b a f(x)dx b a P 0 (x)dx = b a ( ) a + b f[x 0 ]dx = f[x 0 ](b a) = f (b a). 2

Obdélníkové pravidlo Obdélníkové pravidlo: b a ( ) a + b f(x)dx f (b a). 2

Lichoběžníkové pravidlo Nyní zvolíme dva uzly (stupeň Lagrangeova interpolačního polynomu bude 1). Za uzly zvolíme krajní body intervalu a, b.

Lichoběžníkové pravidlo Nyní zvolíme dva uzly (stupeň Lagrangeova interpolačního polynomu bude 1). Za uzly zvolíme krajní body intervalu a, b.

Lichoběžníkové pravidlo Potom lze vyjádřit b f(x)dx b P 1 (x)dx = b a a a ( f[x0 ] + f[x 0, x 1 ](x x 0 ) ) dx.

Lichoběžníkové pravidlo Postupně vypočítáme b a f(x)dx b a P 1 (x)dx = b (x a)2 = [f[a]x + f[a, b] 2 a ( f[x0 ] + f[x 0, x 1 ](x x 0 ) ) dx = ] b f(b) f(a) = f(a)(b a) + b a f(a) + f(b) = (b a). 2 a = [ (b a) 2 2 ] (a a)2 = 2

Lichoběžníkové pravidlo Lichoběžníkové pravidlo: b a f(x)dx (b a) f(a) + f(b). 2

Simpsonovo pravidlo Nyní zvolíme tři uzly (stupeň Lagrangeova interpolačního polynomu bude 2). Za uzly zvolíme krajní body a střed intervalu a, b.

Simpsonovo pravidlo Nyní zvolíme tři uzly (stupeň Lagrangeova interpolačního polynomu bude 2). Za uzly zvolíme krajní body a střed intervalu a, b.

Simpsonovo pravidlo Potom lze vyjádřit b f(x)dx b a a P 2 (x)dx.

Simpsonovo pravidlo

Simpsonovo pravidlo Simpsonovo pravidlo: b a f(x)dx (b a) 6 [ f(a) + 4f ( a + b 2 ) ] + f(b).

Porovnání jednotlivých metod V první tabulce jsou uvedeny hodnoty určitých integrálů různých funkcí vypočtené na intervalu 1; 1,2 různými metodami obdélníkovým pravidlem (Midpoint), lichoběžníkovým pravidlem (Trapezoidal) a Simpsonovým pravidlem. V prvním řádku tabulky jsou přitom uvedeny přesné hodnoty.

Porovnání jednotlivých metod V první tabulce jsou uvedeny hodnoty určitých integrálů různých funkcí vypočtené na intervalu 1; 1,2 různými metodami obdélníkovým pravidlem (Midpoint), lichoběžníkovým pravidlem (Trapezoidal) a Simpsonovým pravidlem. V prvním řádku tabulky jsou přitom uvedeny přesné hodnoty.

Porovnání jednotlivých metod Ve druhé tabulce jsou uvedeny hodnoty určitých integrálů různých funkcí vypočtené na intervalu 0; 2 různými metodami obdélníkovým pravidlem (Midpoint), lichoběžníkovým pravidlem (Trapezoidal) a Simpsonovým pravidlem. V prvním řádku tabulky jsou přitom uvedeny přesné hodnoty.

Porovnání jednotlivých metod Ve druhé tabulce jsou uvedeny hodnoty určitých integrálů různých funkcí vypočtené na intervalu 0; 2 různými metodami obdélníkovým pravidlem (Midpoint), lichoběžníkovým pravidlem (Trapezoidal) a Simpsonovým pravidlem. V prvním řádku tabulky jsou přitom uvedeny přesné hodnoty.

Jak zvýšit přesnost numerické integrace Příklad: Určete pomocí Simpsonova pravidla 2 0 ex dx.

Jak zvýšit přesnost numerické integrace Příklad: Určete pomocí Simpsonova pravidla 2 0 ex dx. 2 0 e x dx 1 3 (e0 + 4e 1 + e 2 ) = 6,4207278.

Jak zvýšit přesnost numerické integrace Příklad: Určete pomocí Simpsonova pravidla 2 0 ex dx. 2 Přesná hodnota je přitom 0 2 0 e x dx 1 3 (e0 + 4e 1 + e 2 ) = 6,4207278. e x dx = [e x ] 2 0 = e 2 e 0 = 6,3890561.

Jak zvýšit přesnost numerické integrace Příklad: Určete pomocí Simpsonova pravidla 2 0 ex dx. 2 Přesná hodnota je přitom 0 2 0 e x dx 1 3 (e0 + 4e 1 + e 2 ) = 6,4207278. e x dx = [e x ] 2 0 = e 2 e 0 = 6,3890561. Absolutní chyba aproximace je tedy 0,0316717. Takováto chyba může být pro některé aplikace nepřijatelně vysoká.

Jak zvýšit přesnost numerické integrace Zkusme zvýšit přesnost aproximace tím, že rozdělíme interval 0, 2 na dva podintervaly 0, 1 a 1, 2 a na každém z nich použijeme Simpsonovo pravidlo

Jak zvýšit přesnost numerické integrace Zkusme zvýšit přesnost aproximace tím, že rozdělíme interval 0, 2 na dva podintervaly 0, 1 a 1, 2 a na každém z nich použijeme Simpsonovo pravidlo 2 0 e x dx = 1 0 e x dx + 2 1 e x dx 1 6 (e0 + 4e 0,5 + e 1 ) + 1 6 (e1 + 4e 1,5 + e 2 ) = = 1 6 (e0 + 4e 0,5 + 2e 1 + 4e 1,5 + e 2 ) = 6,3912102.

Jak zvýšit přesnost numerické integrace Zkusme zvýšit přesnost aproximace tím, že rozdělíme interval 0, 2 na dva podintervaly 0, 1 a 1, 2 a na každém z nich použijeme Simpsonovo pravidlo 2 0 e x dx = 1 0 e x dx + 2 1 e x dx 1 6 (e0 + 4e 0,5 + e 1 ) + 1 6 (e1 + 4e 1,5 + e 2 ) = = 1 6 (e0 + 4e 0,5 + 2e 1 + 4e 1,5 + e 2 ) = 6,3912102. Absolutní chyba aproximace se zmenšila na 0,0021541, což je méně než 10 % původní absolutní chyby.

Jak zvýšit přesnost numerické integrace Zkusme ještě dále rozdělit intervaly 0, 1 a 1, 2 na další podintervaly. Při použití Simpsonova pravidla dostaneme

Jak zvýšit přesnost numerické integrace Zkusme ještě dále rozdělit intervaly 0, 1 a 1, 2 na další podintervaly. Při použití Simpsonova pravidla dostaneme 2 0 e x dx = 0,5 0 1 e x dx + e x dx + 0,5 1,5 1 2 e x dx + e x dx 1,5 1 12 (e0 + 4e 0,25 + e 0,5 ) + 1 12 (e0,5 + 4e 0,75 + e 1 )+ + 1 12 (e1 + 4e 1,25 + e 1,5 ) + 1 12 (e1,5 + 4e 1,75 + e 2 ) = = 1 12 (e0 + 4e 0,25 + 2e 0,5 + 4e 0,75 + e 1 + 4e 1,25 + 2e 1,5 + 4e 1,75 + e 2 ) = 6,3891937.

Jak zvýšit přesnost numerické integrace Zkusme ještě dále rozdělit intervaly 0, 1 a 1, 2 na další podintervaly. Při použití Simpsonova pravidla dostaneme 2 0 e x dx = 0,5 0 1 e x dx + e x dx + 0,5 1,5 1 2 e x dx + e x dx 1,5 1 12 (e0 + 4e 0,25 + e 0,5 ) + 1 12 (e0,5 + 4e 0,75 + e 1 )+ + 1 12 (e1 + 4e 1,25 + e 1,5 ) + 1 12 (e1,5 + 4e 1,75 + e 2 ) = = 1 12 (e0 + 4e 0,25 + 2e 0,5 + 4e 0,75 + e 1 + 4e 1,25 + 2e 1,5 + 4e 1,75 + e 2 ) = 6,3891937. Absolutní chyba aproximace se zmenšila na 0,0001376, což je už jen 0,4 % původní absolutní chyby (při použití Simpsonova pravidla na celý interval 0, 2 ).

Složené Simpsonovo pravidlo Zobecněním předchozího postupu získáme tzv. Simpsonovo složené pravidlo.

Složené Simpsonovo pravidlo Zobecněním předchozího postupu získáme tzv. Simpsonovo složené pravidlo.

Složené Simpsonovo pravidlo Zvolíme sudé číslo n a rozdělíme interval a, b na n podintervalů. Označíme-li h = (b a)/n, potom krajní body podintervalů jsou a = x 0 < x 1 < < x n = b, kde x i = x 0 + ih pro každé i = 0, 1,..., n. Na každém z intervalů (x 2j 2, x 2j ), kde j = 1, 2,..., n/2, potom použijeme Simpsonovo pravidlo

Složené Simpsonovo pravidlo Zvolíme sudé číslo n a rozdělíme interval a, b na n podintervalů. Označíme-li h = (b a)/n, potom krajní body podintervalů jsou a = x 0 < x 1 < < x n = b, kde x i = x 0 + ih pro každé i = 0, 1,..., n. Na každém z intervalů (x 2j 2, x 2j ), kde j = 1, 2,..., n/2, potom použijeme Simpsonovo pravidlo b a f(x)dx n/2 x2j j=1 x 2j 2 f(x)dx = n/2 ( ) h = 3 [f(x 2j 2) + 4f(x 2j 1 ) + f(x 2j )] = j=1 = h (n/2) 1 n/2 f(x 0 ) + 2 f(x 2j ) + 4 f(x 2j 1 ) + f(x n ). 3 j=1 j=1

Absolutní chyba aproximace Simpsonovým složeným pravidlem Lze odvodit (metodami diferenciálního a integrálního počtu), že absolutní chyba aproximace Simpsonovým složeným pravidlem je rovna h 4 (b a) f (4) (ξ) 180, kde f (4) (ξ) je čtvrtá derivace funkce f v bodě ξ, přičemž ξ je nějaké číslo z intervalu (a, b).

Složené Simpsonovo pravidlo příklad Příklad: Určete pomocí složeného Simpsonova pravidla π sin dx 0 s absolutní chybou menší než 0,00002. Kolik podintervalů intervalu 0, π budeme pro tento účel potřebovat?

Složené Simpsonovo pravidlo příklad Příklad: Určete pomocí složeného Simpsonova pravidla π sin dx 0 s absolutní chybou menší než 0,00002. Kolik podintervalů intervalu 0, π budeme pro tento účel potřebovat? h 4 (b a) f (4) (ξ) 180 = h4 π 180 sin ξ h4 π 180 1 = π5 180n 4 < 0,00002.

Složené Simpsonovo pravidlo příklad Příklad: Určete pomocí složeného Simpsonova pravidla π sin dx 0 s absolutní chybou menší než 0,00002. Kolik podintervalů intervalu 0, π budeme pro tento účel potřebovat? h 4 (b a) f (4) (ξ) 180 = h4 π 180 sin ξ h4 π 180 1 = π5 180n 4 < 0,00002. Z poslední nerovnosti určíme, že n > 18. Můžeme tedy zvolit například n = 20 a h = π/20.

Složené Simpsonovo pravidlo příklad Příklad: Určete pomocí složeného Simpsonova pravidla π sin dx 0 s absolutní chybou menší než 0,00002. Kolik podintervalů intervalu 0, π budeme pro tento účel potřebovat? h 4 (b a) f (4) (ξ) 180 = h4 π 180 sin ξ h4 π 180 1 = π5 180n 4 < 0,00002. Z poslední nerovnosti určíme, že n > 18. Můžeme tedy zvolit například n = 20 a h = π/20. S použitím těchto hodnot obdržíme pomocí složeného Simpsonova pravidla π 0 sin xdx π sin 0 + 2 60 = 2,00000678. 9 ( ) jπ sin 10 j=1 10 ( ) (2j 1)π + 4 sin + sin π = 20 j=1

Složené Simpsonovo pravidlo příklad Příklad: Určete pomocí složeného Simpsonova pravidla π sin dx 0 s absolutní chybou menší než 0,00002. Kolik podintervalů intervalu 0, π budeme pro tento účel potřebovat? h 4 (b a) f (4) (ξ) 180 = h4 π 180 sin ξ h4 π 180 1 = π5 180n 4 < 0,00002. Z poslední nerovnosti určíme, že n > 18. Můžeme tedy zvolit například n = 20 a h = π/20. S použitím těchto hodnot obdržíme pomocí složeného Simpsonova pravidla π 0 sin xdx π sin 0 + 2 60 = 2,00000678. 9 ( ) jπ sin 10 j=1 10 ( ) (2j 1)π + 4 sin + sin π = 20 Přesná hodnota je přitom π sin xdx = 2, absolutní chyba je tedy 0 v tomto případě rovna 0,00000678, což je skutečně méně než zadaná maximální přípustná chyba 0,00002. j=1

Složené Simpsonovo pravidlo shrnutí Předpokládejme, že funkce f má spojité derivace až do 4. řádu na intervalu a, b. Nechť dále n je sudé číslo, h = (b a)/n a x j = a + jh pro každé j = 0, 1,..., n. Potom pro nějaké ξ (a, b) platí b a f(x)dx = h f(a) + 2 3 (n/2) 1 j=1 h4 (b a) f (4) (ξ). 180 n/2 f(x 2j ) + 4 j=1 f(x 2j 1 ) + f(b)

Složené lichoběžníkové pravidlo Předpokládejme, že funkce f má spojité derivace až do 2. řádu na intervalu a, b. Nechť dále n je libovolné přirozené číslo, h = (b a)/n a x j = a + jh pro každé j = 0, 1,..., n. Potom pro nějaké ξ (a, b) platí b a f(x)dx = h f(a) + 2 2 (n 1 j=1 f(x j ) + f(b) h2 (b a) f (2) (ξ). 12

Složené obdélníkové pravidlo Předpokládejme, že funkce f má spojité derivace až do 2. řádu na intervalu a, b. Nechť dále n je sudé číslo, h = (b a)/(n + 2) a x j = a + (j + 1)h pro každé j = 1, 0, 1,..., n + 1. Potom pro nějaké ξ (a, b) platí b a n/2 f(x)dx = 2h f(x 2j ) + h2 (b a) f (2) (ξ). 6 j=0

Složené lichoběžníkové pravidlo příklad Příklad: Určete pomocí složeného lichoběžníkového pravidla π sin dx 0 s absolutní chybou menší než 0,00002. Kolik podintervalů intervalu 0, π budeme pro tento účel potřebovat?

Složené lichoběžníkové pravidlo příklad Příklad: Určete pomocí složeného lichoběžníkového pravidla π sin dx 0 s absolutní chybou menší než 0,00002. Kolik podintervalů intervalu 0, π budeme pro tento účel potřebovat? h 2 (b a) f (2) (ξ) 12 = h2 π 12 sin ξ h2 π 12 1 = π3 12n 2 < 0,00002.

Složené lichoběžníkové pravidlo příklad Příklad: Určete pomocí složeného lichoběžníkového pravidla π sin dx 0 s absolutní chybou menší než 0,00002. Kolik podintervalů intervalu 0, π budeme pro tento účel potřebovat? h 2 (b a) f (2) (ξ) 12 = h2 π 12 sin ξ h2 π 12 1 = π3 12n 2 < 0,00002. Z poslední nerovnosti určíme, že n > 359 (oproti Simpsonovu pravidlu výrazně více!)

Složené lichoběžníkové pravidlo příklad Příklad: Určete pomocí složeného lichoběžníkového pravidla π sin dx 0 s absolutní chybou menší než 0,00002. Kolik podintervalů intervalu 0, π budeme pro tento účel potřebovat? h 2 (b a) f (2) (ξ) 12 = h2 π 12 sin ξ h2 π 12 1 = π3 12n 2 < 0,00002. Z poslední nerovnosti určíme, že n > 359 (oproti Simpsonovu pravidlu výrazně více!) Pro srovnání ještě uveďme, že pro n = 20 a h = π/20 obdržíme pomocí složeného lichoběžníkového pravidla π 0 sin xdx 1,995886. Absolutní chyba této aproximace je 0,004114, což jen potvrzuje naše předchozí zjištění, že 20 intervalů je pro dosažení požadované přesnosti málo.

Složené obdélníkové pravidlo příklad Příklad: Určete pomocí složeného obdélníkového pravidla π sin dx 0 s absolutní chybou menší než 0,00002. Kolik podintervalů intervalu 0, π budeme pro tento účel potřebovat?

Složené obdélníkové pravidlo příklad Příklad: Určete pomocí složeného obdélníkového pravidla π sin dx 0 s absolutní chybou menší než 0,00002. Kolik podintervalů intervalu 0, π budeme pro tento účel potřebovat? h 2 (b a) f (2) (ξ) 6 = h2 π 6 sin ξ h2 π 6 1 = π 3 6(n + 2) 2 < 0,00002.

Složené obdélníkové pravidlo příklad Příklad: Určete pomocí složeného obdélníkového pravidla π sin dx 0 s absolutní chybou menší než 0,00002. Kolik podintervalů intervalu 0, π budeme pro tento účel potřebovat? h 2 (b a) f (2) (ξ) 6 = h2 π 6 sin ξ h2 π 6 1 = π 3 6(n + 2) 2 < 0,00002. Z poslední nerovnosti určíme, že n + 2 > 508 (oproti Simpsonovu pravidlu opět výrazně více!)

Složené obdélníkové pravidlo příklad Příklad: Určete pomocí složeného obdélníkového pravidla π sin dx 0 s absolutní chybou menší než 0,00002. Kolik podintervalů intervalu 0, π budeme pro tento účel potřebovat? h 2 (b a) f (2) (ξ) 6 = h2 π 6 sin ξ h2 π 6 1 = π 3 6(n + 2) 2 < 0,00002. Z poslední nerovnosti určíme, že n + 2 > 508 (oproti Simpsonovu pravidlu opět výrazně více!) Pro srovnání ještě uveďme, že pro n + 2 = 20 a h = π/20 obdržíme pomocí složeného obdélníkového pravidla π 0 sin xdx 2,008248. Absolutní chyba této aproximace je 0,008248, což jen potvrzuje naše předchozí zjištění, že 20 intervalů je pro dosažení požadované přesnosti málo.