§2 牛顿—柯特斯(Newton_Cotes)求积公式
一、公式的导出
设将等分,步长为,求积节点为:,
由此构造插值型的求积公式,则其求积系数为:
令,,
则求积系数
又
则
上述求积公式称为阶牛顿-柯特斯公式,称为柯特斯系数。
特别地,当时,
故:
即为梯形公式。
当时,
故:
即为辛甫生()公式。
同样的,当时,
故:
其中
称为柯特斯()公式。
分别用梯形公式、辛甫生公式、柯特斯公式
计算积分, 函数在某些节点上的值如下图:
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
3.12014
4.42569
6.04241
8.03014
10.46675
解:(1)、用梯形公式求积分
(2)、用辛甫生公式求积分
(3)、用柯特斯公式求积分
二、误差分析
定理3:阶牛顿—柯特斯(Newton_Cotes)求积公式的代数精度为:
例如:梯形公式的代数精度: 1
辛甫生公式: 3
柯特斯公式: 5
三、收敛性
1. 稳定性
由定理2知,阶牛顿-柯特斯公式
当时,求积公式精确成立,即
, 故:。
若有误差,现考虑误差对数值求积结果的影响。记,则
分两种情况来讨论:
1)、当时,有,故:
,
其中为一个定值,当不大时,其误差不会太大。则阶牛顿—柯特斯()求积公式是稳定的。所以有如下结论:考虑到当时,所有牛顿—柯特斯系数均为正数,故当不大时,方法是稳定的。
2)、当有正有负时,有可能很大,导致误差很大。
所以有如下结论:考虑到当时,牛顿—柯特斯系数有正有负,即使不大时,方法也可能是不稳定的。也就是说,方法不具有稳定性。