Формула Гаусса називається формулою найвищої алгебраїчної точності. Для формули вигляду (6.24) найвища точність може бути досягнута для поліномів степеня , які визначаються
постійними
Завдання полягає у визначенні коефіцієнтів і абсцис точок
.
Для знаходження цих постійних розглянемо виконання формули (6.24) для функцій вигляду
,
отримаємо систему рівнянь
(6.27)
Ця система нелінійна, і її звичайне розв’язання пов’язане із значними обчислювальними труднощами. Але якщо використовувати систему для поліномів вигляду
де – поліном Лежандра, тоді її можна звести до лінійної відносно коефіцієнтів
з заданими точками
. Оскільки степені поліномів в співвідношенні не перевищують
, повинна виконуватися система (6.27) і формула (6.24) приймає вигляд
(6.28)
В результаті властивості ортогональності ліва частина виразу (6.28) дорівнює 0, тоді
що завжди забезпечується при будь-яких значеннях в точках
, які відповідають кореням відповідних поліномів Лежандра.
Підставляючи ці значення в систему (6.27) і враховуючи перші
рівнянь, можна визначити коефіцієнти
.
Формула (6.24), де – нулі полінома Лежандра
, а
визначаються із системи (6.27), називається формулою Гаусса.
Значення ,
для різних
наведені в таблиці 6.9.
Для довільного інтервалу (a,b) формула для методу Гаусса приймає вигляд
де .
Оцінка похибки формули Гаусса з вузлами визначається із співвідношення
де – максимальне значення 2
похідної на ділянці
![]() |
![]() |
![]() |
![]() |
1 | 1 | 0 | 2 |
2 | 1;2 | ![]() |
1 | 3 | 1;3 | ![]() |
![]() |
2 | 0 | ![]() |
4 | 1;4 | ![]() |
0,34785484 | 2;3 | ![]() |
0,65214516 | 6 |
1;6 |
|
0,17132450 |
2;5 |
|
0,36076158 |
3;4 |
|
0,46791394 |
7 |
1;7 |
|
0,12948496 |
2;6 |
|
0,27970540 |
3;5 |
|
0,38183006 |
4 |
0 |
0,41795918 |
8 |
1;8 |
|
0,10122854 |
2;7 |
|
0,22238104 |
3;6 |
|
0,31370664 |
4;5 |
|
0,36268378 |
В випадку, коли підінтегральна функція задана аналітично, може бути поставлена задача про знаходження інтеграла с наперед заданою точністю. Оскільки точність розглянутих вище квадратурних формул залежить від кроку h, то точність результату можна підвищити, зменшуючи крок. Наприклад, можна ділити крок пополам. В цьому випадку для оцінки наближення до точного значення інтеграла використовують вже згадуваний метод Рунге:
,
де – точне значення інтеграла;
– наближене значення, отримане з кроком h;
– наближене значення, отримане з кроком h/2; р – порядок точності квадратурної формули.
Тому для знаходження інтеграла з заданою точністю потрібно обрати квадратурну формулу й початковий крок h=h0. Далі розрахувати інтеграл з кроком h/2. Зменшувати крок пополам необхідно до тих пір, поки не виконається умова:
.
Коли ця умова виконана, інтеграл приблизно дорівнює .
Послідовність застосування формул Ньютона – Котеса:
1. Вибір формули і знаходження (за допомогою таблиці 6.7) коефіцієнтів .
2. Складання алгоритму та програми, причому:
3. Оцінка похибки.
Послідовність застосування методу Гаусса:
1. Вибір порядку методу і знаходження (за допомогою таблиці 6.9) коефіцієнтів і значень
2. Розбивка інтервалу інтервалів (рисунок 6.15).
3. Знаходження значень інтервалу для кожного інтервалу
.
При цьому значення абсцис всередині кожного інтервалу j знаходяться за формулою
(6.29)
де
знаходяться за формулою:
(6.30)
4. Оцінка похибки .
В методі Чебишева послідовність дій аналогічна методу Гаусса, але в пункті 1 коефіцієнти беруться з таблиці 6.7, а в пункті 3 для знаходження j-го інтегралу використовується формула
, (6.31)
де оцінюється тим же чином, що і в методі Гаусса, за формулою (6.29)
Рисунок 6.15 – Метод Гаусса. Розбивка інтервалу.