Liste over kvadraturformler

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 7. januar 2019; checks kræver 9 redigeringer .

Denne artikel giver en liste over forskellige kvadraturformler til numerisk integration .

Notation

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 - .

Endimensionelt integral

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

Todimensionelt integral

Firkantet masterelement

; ;

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] .

Trekantet masterelement

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 _  

Tredimensionelt integral

Kubisk hovedelement

; ;

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

Tetraedrisk masterelement

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:

Noter

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

Litteratur

Links