辛普森规则计算器

记下任何二次方程,计算器将近似其定积分,以确定抛物线下的面积,并显示计算结果。

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在线辛普森规则计算器经过编程,可通过确定抛物线下的面积来近似计算定积分。您可以使用辛普森计算器计算二次方程。为了更好地理解辛普森规则的概念,请仔细阅读。

什么是辛普森规则?

在数学中,利用二次函数对定积分进行数值近似称为辛普森规则

与计算窄矩形的面积相比,在线辛普森规则计算器是评估整个曲线下面积的最佳选择。

辛普森规则的基本原理:

该文件指出:

“给定这 3 个点,您就可以轻松确定这些点的二次函数。”

辛普森规则公式:

假设我们给出如下的定积分:

 

AbFXdX\int\limits_a^b {f\left( x \right)dx}

 

现在,如果我们想得到上述积分的合适方法,我们需要将区间 [a, b] 划分为偶数 n 的子区间。每个子区间的宽度由下式给出:

 

ΔX=bAn{\Delta x = \frac{{b – a}}{n}.}

 

假如有三点:

 

X1FX1\left( {{x_{i – 1}},f\left( {{x_{i – 1}}} \right)} \right)

 

我们假设二次函数 y = a{x^2} + bx + c 从上述所有三点出发,并针对每对连续子区间进行定义X1XXX+1\left({{x_{i – 1}},{x_i}} \right), \left({{x_i},{x_{i + 1}}} \right) 辛普森规则公式

如果函数 f(x) 在区间 [a, b] 上连续,则我们有辛普森规则方程如下:

 

AbFXdXΔX3[FX0+4FX1+2FX2+4FX3+2FX4++4FXn1+FXn]{\int\limits_a^b {f\left( x \right)dx} }\approx{ {\frac{{\Delta x}}{3}}\left[ {f\left( {{x_0}} \right) + 4f\left( {{x_1}} \right) }\right.}+{\left.{ 2f\left( {{x_2}} \right) + 4f\left( {{x_3}} \right) }\right.}+{\left.{ 2f\left( {{x_4}} \right) + \cdots }\right.}+{\left.{ 4f\left( {{x_{n – 1}}} \right) + f\left( {{x_n}} \right)} \right].}

 

由于公式中有一个 1 / 3 因子,因此也称为辛普森 1 / 3 规则。此外,免费的辛普森 1/3 规则计算器是精确解决定积分的最佳方法之一。辛普森规则中系数的模式遵循以下模式:

 

142424241n+1  {\underbrace {1,4,2,4,2, \ldots ,4,2,4,1}_{{n + 1}\;\text{点}}.}

 

我们的免费在线辛普森规则计算器根据上述公式来计算定积分。

 

FX0=F0=0=0. 0f(x_ {0})= f(0)= \sqrt {0} = 0.0


 

4FX1=4F1 . 5=41 . 5=4 . 8 9 8 9 7 9 4 8 5 5 6 6 3 5 64f(x_{1}) = 4f(1.5) = 4\sqrt{1.5} = 4.898979485566356

 

2FX2=2F3=23=3 . 4 6 4 1 0 1 6 1 5 1 3 7 7 5 4 42f(x_{2}) = 2f(3) = 2\sqrt{3} = 3.4641016151377544

 

4FX3=4F4 . 5=44 . 5=8 . 4 8 5 2 8 1 3 7 4 2 3 8 5 74f(x_{3}) = 4f(4.5) = 4\sqrt{4.5} = 8.48528137423857

 

FX4=F6=6=2 . 4 4 9 4 8 9 7 4 2 7 8 3 1 7 8f(x_{4})= f(6)= \sqrt{6} = 2.449489742783178

 

将所有值相加并乘以ΔX3\dfrac{Δx}{3}= 0.75 0.75(0.0 + 4.898979485566356 + 3.4641016151377544 + 8.48528137423857 + 2.449489742783178) = 9.64892610886293

 

积分的实际解如下:

 

06XdX=4 sr6\int\limits_{0}^{6} \sqrt{x}\, dx = -4 \ sqrt{6} 

 

(点击积分计算器进行计算)

 

06XdX=9 . 7 9 7 9 5 8 9 7 1 1\int\limits_{0}^{6} \sqrt{x}\, dx = 9.7979589711

 

因此,积分近似中涉及的误差如下:

 

ε=9 . 7 9 7 9 5 8 9 7 1 19 . 6 4 8 9 2 6 1 0 8 8 6 2 9 39 . 7 9 7 9 5 8 9 7 1 10.015=1 . 5{\left| \varepsilon \right| = \left| {\frac{{9.7979589711 – 9.64892610886293}}{{9.7979589711}}} \right| }\approx{ 0.015 }={ 1.5\%} = 0.01521 = 1.521%

 

您还可以对应免费的在线辛普森规则计算器来更精确地查找错误。

 

问题 # 02:

近似计算曲线下的面积 =3X\ y = 3^{x}在 x = 0 和 x = 1 之间,使用 n = 2 个子区间的辛普森规则。

解决方案:

由于给定的曲线是013X\int\limits_{0}^{1} 3^{x}, dx 辛普森规则公式如下:

 

AbFXdXΔX3FX0+4FX1+2FX2+4FX3++2FXn2+4FXn1+FXn\int\limits_{a}^{b} f(x)\, dx ≈ \dfrac{\Delta x}{3}(f(x_0) + 4f(x_1) + 2f(x_2) + 4f(x_3) + ... + 2f(x_{n-2}) + 4f(x_{n-1}) + f(x_n))

 

其中间隔的长度为:

 

ΔX=bAn\Delta x = \dfrac{ba}{n}

 

正如我们

a = 0,

b= 1,

n = 2

ΔX=102=0 . 5\Delta x = \dfrac{1-0}{2} = 0.5

现在,我们必须将区间 [0, 1] 划分为 2 个子区间,每个端点的长度为 \Delta x = 0.5:

a = 0, 0.5, 1 = b

在这些端点处评估函数:

 

FX0=F0=30=1 . 0f(x_{0}) = f(0) = 3^{0} = 1.0

 

4FX1=4F0 . 5=430 . 5=6 . 9 2 8 2 0 3 2 3 0 2 7 5 5 0 94f(x_ {1})= 4f(0.5)=(4 * 3)^ {0.5} = 6.928203230275509

 

FX2=F1=31=3 . 0f(x_{2}) = f(1) = 3^{1} = 3.0

 

现在添加值并乘以ΔX3\dfrac{Δx}{3}= 0.25 0.25(1.0 + 6.928203230275509 + 3.0) = 1.821367205045918

 

该积分的真正解是:

 

0. 01 . 03XdX=2 . 0/oG3\int\limits_{0.0}^{1.0} 3^{x}\, dx=2.0/log(3) (点击积分计算器进行计算)


 

因此,积分近似中涉及的误差如下:ε=21 . 8 220.08932=8 . 9 3 2{\left| \varepsilon \right| = \left| {\frac{{2 – 1.82}}{{2}}} \right| }\approx{ 0.08932 }={ 8.932\%}您可以使用免费的在线辛普森规则错误计算器来验证结果。

辛普森的计算器如何工作?

有时,很难理解如何评估抛物线下的面积。为了处理这种条件下的问题,使用免费的辛普森规则计算器是一个可靠的选择。让我们看看我们需要做什么:

输入:

  • 在菜单栏中以适当的方式写下你的功能
  • 选择要计算积分的变量
  • 设置下限和上限
  • 选择矩形的数量(不能是奇数)
  • 点击“计算”

输出:辛普森计算器确定:

  • 借助辛普森规则公式计算定积分
  • 计算实际积分
  • 计算近似过程中涉及的误差。

常见问题解答:

辛普森规则的局限性是什么?

使用辛普森规则的主要缺点是,如果我们有一个高度振荡或在某些点缺乏导数的函数,那么这种方法不适合找到准确的结果。但利用辛普森规则近似计算器也可以确定这样的积分。

辛普森 3/ 8 规则是什么?

辛普森 1 / 8 和 3 / 8 是牛顿柯特公式的两个例子。辛普森 3 / 8 规则要求在积分范围内再进行一次积分,并给出较低的误差界限。

为什么辛普森规则更准确?

原因是我们使用抛物线来近似曲线的每个部分,这是数值分析中最有效的方法。此外,免费的在线辛普森规则计算器可让您轻松即时确定定积分以及计算中涉及的每个步骤。

辛普森规则中的错误顺序是怎样的?

我们知道该函数的近似值是二次的,比线性形式高一个阶,因此辛普森规则的误差估计为 O ( h 4 ) 或更具体地说是 O ( h 4 f ‴ )。

结论:

辛普森规则仅用于最精确地确定抛物线方程。辛普森规则计算器在工程和科学领域有着广泛的用途,因为它比单独使用任何一种总和更能提供整体变化的绝对近似值。然而,辛普森计算器还可以让您计算近似误差。

参考:

摘自维基百科:辛普森 1/3 规则、复合辛普森规则、辛普森 3/8 规则、针对不规则间距数据的复合辛普森规则。

源自 inmath:记忆辅助,  辛普森规则的证明

来自流明学习的来源:基本积分原理,性质,分部积分,三角积分。