Календарь
Сентябрь
Пн   4 11 18 25
Вт   5 12 19 26
Ср   6 13 20 27
Чт   7 14 21 28
Пт 1 8 15 22 29
Сб 2 9 16 23 30
Вс 3 10 17 24  

Вычисление определенного интеграла методами трапеций и средних прямоугольников



Скачать: Вычисление определенного интеграла методами трапеций и средних прямоугольников

Введение, математическое обоснование и анализ задачи

Известно, что определенный интеграл функции типа численно представляет собой площадь криволинейной трапеции, ограниченной кривыми x = 0, y = a, y = b и y = (рис. 1).

Есть два метода вычисления этой площади или определенного интеграла: метод трапеций (рис. 2) и метод средних прямоугольников.

,

Рис. 1. Криволинейная трапеция

,

Рис. 2. Метод трапеций.

,

Рис. 3. Метод средних прямоугольников.

По методам трапеций и средних прямоугольников интеграл равен сумме площадей прямоугольных трапеций, где основание трапеции — какая-либо малая величина (точность), сумма площадей прямоугольников, где основание прямоугольника — какая-либо малая величина (точность), а высота определяется по точке пересечения верхнего основания прямоугольника, которое график функции должен пересекать в середине. Соответственно, получаем формулы площадей.

Для метода трапеций:

,

Для метода средних прямоугольников:

,

Соответственно этим формулам и составим алгоритм.

Алгоритм

,

Листинг программы

Программа написана на Tubro Pascal 6.0 для MS-DOS. Ниже приведен ее листинг:

program Integral;

uses

Crt, Dos;

var

dx,x1,x2,e,i:real;

function Fx(x:real):real;

begin

Fx:=2+x; {В этом месте запишите функцию, для вычисления интеграла.}

end;

procedure CountViaBar;

var

xx1,xx2:real;

c:longint;

begin

writeln('------------------------------------------------');

writeln('-->Метод средних прямоугольников.');

writeln('Всего итераций:',round(abs(x2-x1)/e));

i:=0;

for c:=1 to round(abs(x2-x1)/e) do begin

write('Итерация ',c,chr(13));

xx1:=Fx(x1+c*e);

xx2:=Fx(x1+c*e+e);

i:=i+abs(xx1+xx2)/2*e;

end;

writeln('------------------------------------------------');

writeln('Интеграл=',i);

end;

procedure CountViaTrap;

var

xx1,xx2,xx3:real;

c:longint;

begin

writeln('------------------------------------------------');

writeln('-->Метод трапеций.');

writeln('Всего итераций:',round(abs(x2-x1)/e));

i:=0;

for c:=1 to round(abs(x2-x1)/e) do begin

write('Итерация ',c,chr(13));

xx1:=Fx(x1+c*e);

xx2:=Fx(x1+c*e+e);

if xx2>xx1 then xx3:=xx1 else xx3:=xx2;

i:=i+abs(xx2-xx1)*e+abs(xx3)*e;

end;

writeln('------------------------------------------------');

writeln('Интеграл=',i);

end;

begin

writeln('------------------------------------------------');

writeln('-=Программа вычисления определенного интеграла=-');

writeln('Введите исходные значения:');

write('Начальное значение x (x1)=');Readln(x1);

write('Конечное значение x (x2)=');Readln(x2);

write('Точность вычисления (e)=');Readln(e);

CountViaBar;

CountViaTrap;

writeln('------------------------------------------------');

writeln('Спасибо за использование программы ;^)');

end

Исходные данные. Результаты расчетов и анализ

Ниже приведен результат работы написанной и откомпилированной программы:

------------------------------------------------

-=Программа вычисления определенного интеграла=-

Введите исходные значения:

Начальное значение x (x1)=0

Конечное значение x (x2)=10

Точность вычисления (e)=0.01

------------------------------------------------

-->Метод средних прямоугольников

Всего итераций:1000

------------------------------------------------

Интеграл= 7.0100000000E+01

------------------------------------------------

-->Метод трапеций

Всего итераций:1000

------------------------------------------------

Интеграл= 7.0150000001E+01

------------------------------------------------

Спасибо за использование программы ;^)

Расчет проверялся для функции , а определенный интеграл брался от 0 до 10, точность 0,01

В результате расчетов получаем:

Интеграл:

.

Методом трапеций:

.

Методом средних прямоугольников:

Также был произведен расчет с точностью 0,1:

Интеграл:

.

Методом трапеций:

.

Методом средних прямоугольников:

Заключение и выводы

Очевидно, что при вычислении определенных интегралов методами трапеций и средних прямоугольников мы получаем не точное значение, а только приближенное.

Чем ниже задается численное значение точности вычислений (основание трапеции или прямоугольника, в зависимости от метода), тем точнее результат, получаемый машиной. При этом число итераций составляет обратно пропорциональное от численного значения точности. Следовательно, для большей точности необходимо большее число итераций, что обусловливает возрастание затрат времени вычисления интеграла на компьютере обратно пропорционально точности вычисления.

Использование для вычисления одновременно двух методов (трапеций и средних прямоугольников) позволило исследовать зависимость точности вычислений при применении обоих методов.

Следовательно, при понижении численного значения точности вычислений результаты расчетов по обоим методам стремятся друг к другу и точному результату

Библиографический список

  1. Вольвачев А. Н., Крисевич В. С. Программирование на языке Паскаль для ПЭВМ ЕС. Минск,1989 г.
  2. Зуев Е. А. Язык программирования Turbo Pascal. М., 1992 г.
  3. Скляров В. А. Знакомьтесь: Паскаль. М., 1988 г.


  © Реферат плюс


Поиск

  © REFERATPLUS.RU  

Яндекс.Метрика