「高斯求积java」高斯求积公式中,其求积节点

博主:adminadmin 2023-01-07 08:24:07 858

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构造如下形式的高斯求积公式

高斯求积公式是变步长数值积分的一种,基本形式是计算[-1,1]上的定积分。

假设现在要求f(x)在[-1,1]上的积分值,只允许计算一次f(x)的值,会选取一点x0,计算出f(x0),用A=f(x0)*2作为近似值。现在问题是怎样选取x0,使得结果尽可能精确,直觉告诉我们选取区间中点最合适,这也就是所谓的中点公式,也就是1点高斯求积公式。

含义

由于磁力线总是闭合曲线,因此任何一条进入一个闭合曲面的磁力线必定会从曲面内部出来,否则这条磁力线就不会闭合起来了。如果对于一个闭合曲面,定义向外为正法线的指向,则进入曲面的磁通量为负,出来的磁通量为正,那么就可以得到通过一个闭合曲面的总磁通量为0。这个规律类似于电场中的高斯定理,因此也称为高斯定理。

以上内容参考:百度百科-高斯公式

什么是计算定积分的高斯求积公式?

高斯求积公式是变步长数值积分的一种,基本形式是计算[-1,1]上的定积分。下面简单说明一下思想(仅仅是说明,而非证明):

假设现在要求 f(x)在[-1,1]上的积分值,只允许计算一次 f(x)的值,你会怎么做呢?显然我们会选取一点 x0,计算出 f(x0),然后用 A = f(x0) * 2 作为近似值。现在问题是怎样选取 x0,使得结果尽可能精确呢?直觉告诉我们选取区间中点最合适,这也就是所谓的中点公式,也就是1点高斯求积公式。

如果选取个点作为计算节点,同样可以按公式:A = k1 * f(x1) + k2 * f(x2) + ... + kn * f(xn) 来计算近似值,关键就是如何确定节点 xi 和系数 ki (i = 1,2,3,...,n)

理论证明对于 n个节点的上述求积公式,最高有 2n - 1 次的代数精度,高斯公式就是使得上述公式具有 2n - 1次代数精度的积分公式。至于如何确定公式中的节点和系数,最常见的是利用勒让德多项式,具体的这里不方便说,你查查相关资料吧。

高斯函数积分

分享一种解法,利用高斯分布/正态分布密度函数的性质和伽玛函数【Γ(α)】求解。设A=[1/(δ√π)]^(1/2)、积分(1)、(2)、(3)、(4)式分别用I1、I2、I3、I4表示。

∵X~N(μ,δ²),其密度函数f(x)=(1/√2)A²e^[-(x-μ)²/(2δ²)],∴E(X)=∫(-∞,∞)xf(x)=μ,D(X)=E(X²)-[E(X)]²=δ²,∴E(X²)=∫(-∞,∞)x²f(x)=μ²+δ²。

∴对I1,易得I1=A(√2)/A²E(X)=0; 对I2,易得I2=A(√2)/A²E(X²)=δ²(√2)/A; 对I3,易得I3=A(√2)/A²E(Xⁿ)。利用被积函数“xⁿf(x)” 的奇偶性质,n为奇数时,I3=0、n为偶数时,I3=[2A(δ√2)^(n+1)]Γ((n+1)/2)。

对I4,∵x²/(2δ²)+ikx=((x+iδ²k)²/(2δ²)+δ²k²/2,∴I4=[(√2)/A]e^(-δ²k²/2)。

供参考。

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