数学实验报告
实验序号:班级实验名称问题背景描述:
日期:年月日
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定积分的近似计算
利用牛顿莱布尼兹公式虽然可以精确地计算定积分的值,但它仅适用于被积函数的原函数能用初等函数表达出来的情形.如果这点办不到或者不容易办到,这就有必要考虑近似计算的方法.在定积分的很多应用问题中,被积函数甚至没有解析表达式,可能只是一条实验记录曲线,或者是一组离散的采样值,这时只能应用近似方法去计算相应的定积分.
实验目的:
本实验将主要研究定积分的三种近似计算算法:矩形法、梯形法、抛物线法。对于定积分的近似数值计算,Matlab有专门函数可用。
f实验原理与数学模型:
1.矩形法根据定积分的定义,每一个积分和都可以看作是定积分的一个近似值,即
在几何意义上,这是用一系列小矩形面积近似小曲边梯形的结果,所以把这个近似计算方法称为矩形法.不过,只有当积分区间被分割得很细时,矩形法才有一定的精确度.
针对不同的取法,计算结果会有不同。(1)左点法:对等分区间
在区间
上取左端点,即取
。
(2)右点法:同(1)中划分区间,在区间
,
上取右端点,即取
。
(3)中点法:同(1)中划分区间,在区间
上取中点,即取
。
2.梯形法等分区间
相应函数值为
,
(
).
f曲线
上相应的点为
(
)
将曲线的每一段弧用过点,的弦上的曲边梯形成为真正的梯形,其面积为
(线性函数)来代替,这使得每个
,
.
于是各个小梯形面积之和就是曲边梯形面积的近似值,
,
即
,
称此式为梯形公式。3.抛物线法
将积分区间作等分,分点依次为
对应函数值为曲线上相应点为
现把区间
上的曲线段
(
(用通过三点
,
,
),
).
,
,
的抛物
f线
来近似代替,然后求函数
从到的定积分:
由于
,代入上式整理后得
同样也有……
将这个积分相加即得原来所要计算的定积分的近似值:,
f即这就是抛物线法公式,也称为辛卜生(Simpso
)公式.
实验所用软件及版本:Matlab70
主要内容(要点):
1.分别用梯形法与抛物线法,计算
,取
quad进行计算求解,比较结果的差异.
.并尝试直接使用函数trapz、
2.试计算定积分
.(注意:可以运用trapz、quad或附录程序求解吗?
为什么?)3.学习fulu2summ的程序设计方法,尝试用函数sum改写附录1和附录3的程序,避免for循环。
f实验过程记录(含基本步骤、主要程序清单及异常情况记录等):
1:
○1梯形法
formatlo
g
120a1b2
symsxfx
fx1x
i1r