求积公式为插值型求积公式。
f知道了插值型求积公式以及其构造方法。为了便于计算与应用,常将积分区间的等分点作为求积节点,这样构造出来的插值型求积公式就称为牛顿科特斯(Newto
Cotes)求积公式。在积分区间ab上取
1个等距节点xkakhk01
,其中
hba,做
次拉格朗日插值多项式L
x,因为fxL
xR
x,所以
bbaa
b
a
fxdxL
xdxR
xdx
bb1fxklkxdxf
1
1xdxaa
1k0
记
Aklkxdx
a
b
b
a
1xdxxxk
1xk
14
R
f
b1f
1
1xdxa
1
15
截去第二项得
b
a
fxdxAkfxk
k0
显然Ak与fx无关,只与节点xkk01时,t0
,于是
令xath,则当xab
有关。
1x
1athh
1tt1t2t
而
16
1xkxkx0xkx1xkxk1xkxk1xkx
h
k1
k
k
从而得Ak记
1
kh
tt1k
k0
tk1tk1
t
dt
Ck
则
1
ktt1k
k
0
tk1tk1
t
dt
17
AkbaCk
f故求积公式13可写成
b
a
fxdxbaCk
fxk
k0
18
这就是牛顿科特斯求积公式,其中Ck称为科特斯系数。部分科特斯系数取值如下表11科特斯系数具有以下特点1(1)
C
0
i
1
(2)
Ci
C
i
(3)当
8时,出现负数,稳定性得不到保证。而且当
较大时,由于Ru
ge现象,收敛性也无法保证。故一般不采用高阶的牛顿科特斯求积公式。(4)当
7时,牛顿科特斯公式是稳定的。
表11部分科特斯系数表
知道了什么是牛顿科特斯求积公式,下面我们来看它的误差估计,首先来看看牛顿科特斯求积公式的截断误差。我们知道牛顿科特斯求积公式是一个插值型数值求积公式,当用插值多项式L
x代替fx进行积分时,其截断误差Rf即积分真值I和近似值之差,推导如下
fRfIfxdxfxdxL
xdx
bbbaaa
b
a
由插值多项式fxL
xdx,
的误差估计可知,用
次拉格朗日多项式L
x逼近函数时产生的误差为
fxL
x
0i
b
a
f
1
1xdx
1
19
其中
1xxr