Denne artikel giver en liste over forskellige kvadraturformler til numerisk integration .
Generelt er den numeriske integrationsformel skrevet som følger:
,På grund af additiviteten af integralet , vil simple områder ( trekant , firkant , tetraeder osv.) blive betragtet som integrationsområdet , med kompleks geometri kan området repræsenteres som en forening af simple og beregne integralet over dem eller brug en spline til at repræsentere tilknytningen til masterelementet.
I artiklen vil variabler blive brugt til at udpege naturlige koordinater og til at udpege koordinater for masterelementet - .
En-dimensionel integration er altid integration over et segment.
Nummer | Antal point | Integrationsrækkefølge | Derudover | ||
---|---|---|---|---|---|
en | en | en | Rektangel metode | ||
2 | 2 | en | Trapezmetode | ||
3 | 2 | 3 | Gauss metode -2 | ||
fire | 3 | 3 | Simpson metode | ||
5 | 3 | 5 | Gauss-3 metode | ||
6 | fire | 7 | Gauss-4 metode | ||
7 | 5 | 9 | Gauss-5 metode | ||
Disse integrationsformler kan også bruges, når integrationsområdet er en konveks firkant, men så vil overgangsformlerne til masterelementet (og omvendt) ikke have så simpel en form. Du kan få et udtryk for overgangen ved hjælp af et interpolationspolynomium .
Mange af formlerne for kvadratintegration kan opnås som en kombination af formler for et segment: alle mulige par af endimensionelle punkter tages som integrationspunkter, og de tilsvarende produkter af integrationsvægte tages som vægte. Eksempler på sådanne metoder i tabellen nedenfor er rektangelmetoden, trapezmetoden og Gauss-2-metoden.
Nummer | Antal point | Integrationsrækkefølge | Derudover | |||
---|---|---|---|---|---|---|
en | en | en | Rektangelmetode (gennemsnitsmetode) | |||
2 | fire | en | Trapezmetode | |||
3 | fire | 3 | Gauss-2 metode | |||
fire | 12 | 7 | Antallet af noder er minimalt [1] . | |||
For at gå til masterelementet bruges barycentriske koordinater (L-koordinater), betegnet med .
For at beregne koefficienterne for L-koordinater bruges matrixen :
Koefficientmatrixen er omvendt til : .
Nummer | Antal point | Integrationsrækkefølge | Derudover | |||
---|---|---|---|---|---|---|
en | en | en | Gennemsnitlig metode | |||
2 | 3 | 2 | - | |||
2 | 3 | 2 | Gauss-3 metode | |||
fire | fire | 3 | Gauss-4 metode | |||
5 | 7 | 3 | Newton - Cotes metode _ | |||
Såvel som for en firkant kan en terning bruges som et masterelement for en vilkårlig sekskant [ klargør ] , men så bliver overgangen og jakobiske formler mere komplicerede.
Ligeledes, ligesom en firkant, kan mange kubeintegrationsformler opnås fra segmentintegrationsformler, koordinaterne for knudepunkterne er alle mulige tripler af koordinater af den endimensionelle formel, og integrationsvægtene er produktet af de tilsvarende vægte af en-dimensionel formel.
Nummer | Antal point | Integrationsrækkefølge | Derudover | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
en | en | en | Rektangelmetode (gennemsnitsmetode) | ||||
2 | otte | 3 | Gauss-2 metode | ||||
3 | fjorten | 5 | Antallet af noder i klassen af formler med en tilnærmelsesvis rækkefølge på 5 og som ikke indeholder oprindelsen er minimal. [2] | ||||
Da integrationsformlerne af høj orden indeholder mange punkter, præsenterer vi dem separat.
Punktnummer | Derudover | ||||
---|---|---|---|---|---|
en | , , , , , _ | ||||
2 | |||||
3 | |||||
fire | |||||
5 | |||||
6 | |||||
7 | |||||
otte | |||||
9 | |||||
ti | |||||
elleve | |||||
12 | |||||
13 | |||||
fjorten | |||||
femten | |||||
16 | |||||
17 | |||||
atten | |||||
19 | |||||
tyve | |||||
21 | |||||
22 | |||||
23 | |||||
24 | |||||
25 | |||||
26 | |||||
27 | |||||
28 | |||||
29 | |||||
tredive | |||||
31 | |||||
32 | |||||
33 | |||||
34 |
På samme måde som trekanten bruges tetraederens L-koordinater til at gå til masterelementet, betegnet med :
Koefficientmatricen er defineret som: , hvor
Nummer | Antal point | Integrationsrækkefølge | Derudover | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
en | en | en | Gennemsnitlig metode | ||||
2 | fire | 2 | Gauss-4 metode | ||||
3 | 5 | 3 | |||||
fire | elleve | fire | Gauss-11 metode | ||||
5 | fjorten | 5 | bestemmes ud fra følgende ligninger:
| ||||
Integralregning | ||
---|---|---|
Hoved | ||
Generaliseringer af Riemann-integralet | ||
Integrale transformationer |
| |
Numerisk integration | ||
måle teori | ||
relaterede emner | ||
Lister over integraler |