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lectures:台形公式の誤差

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lectures:台形公式の誤差 [2022/11/19 09:09] – [1] kimilectures:台形公式の誤差 [2022/11/21 14:37] (現在) – [3] kimi
行 28: 行 28:
  
 \begin{align} \begin{align}
-I_0&=h\sum_{k=0}^{N-1}f(x_k)+\sum_{n=1}^{\infty}\frac{h^n}{(n+1)!}\left(h\sum_{k=0}^{N-1}f^{(n)}(x_k)\right) +I_0&=h\sum_{k=0}^{N-1}f(x_k)+\sum_{n=1}^{\infty}\frac{h^n}{(n+1)!}\left(h\sum_{k=0}^{N-1}f^{(n)}(x_k)\right)\\ 
-I_0&=h\sum_{k=0}^{N-1}f(x_{k+1})-\sum_{n=1}^{\infty}\frac{(-h)^{n+1}}{(n+1)!}\left(\sum_{k=0}^{N-1}f^{(n)}(x_{k+1})\right)+I_0&=h\sum_{k=1}^{N}f(x_{k})+\sum_{n=1}^{\infty}\frac{h^n}{(n+1)!}\left((-1)^{n}h\sum_{k=1}^{N}f^{(n)}(x_{k})\right)
 \end{align} \end{align}
  
 +二式の平均をとると、
 \begin{align} \begin{align}
-I(f)\equiv \int_a^b f(x)\mathrm{d}x&=\sum_{k=0}^{N-1}\int_{x_{k}}^{x_{k+1}}f(x)\mathrm{d}x\\ +I_0&=\frac{h}{2}\left(\sum_{k=0}^{N-1}f(x_k)+\sum_{k=1}^{N}f(x_{k})\right)\\ 
-&=h\sum_{k=0}^{N-1}f(x_k)+\sum_{n=1}^{\infty}\frac{h^n}{(n+1)!}h\sum_{k=0}^{N-1}f^{(n)}(x_k)+&+\sum_{n=1}^{\infty}\frac{h^n}{(n+1)!}\frac{h}{2}\left(\sum_{k=0}^{N-1}f^{(n)}(x_k)+(-1)^{n}\sum_{k=1}^{N}f^{(n)}(x_k)\right)
 \end{align} \end{align}
  
-$$ +$n=2m-1$のとき、 
-R_h(f)\equiv h\sum_{k=0}^{N-1}f(x_k) +\begin{align} 
-$$+\sum_{k=0}^{N-1}f^{(n)}(x_k)+(-1)^{n}\sum_{k=1}^{N}f^{(n)}(x_k) 
 +&=\sum_{k=0}^{N-1}f^{(2m-1)}(x_k)-\sum_{k=1}^{N}f^{(2m-1)}(x_k)\\ 
 +&=f^{(2m-1)}(x_0)-f^{(2m-1)}(x_N) 
 +=-\left(f^{(2m-1)}(b)-f^{(2m-1)}(a)\right)\\ 
 +&=-\int_a^b f^{(2m)}(x)\mathrm{d}x=-I_{2m} 
 +\end{align}
  
-$$ +$n=2m$のとき、 
-I(f)=R_h(f)+\sum_{n=1}^{\infty}\frac{h^n}{(n+1)!}R_h(f^{(n)}) +\begin{align} 
-$$ +\frac{h}{2}\left(\sum_{k=0}^{N-1}f^{(n)}(x_k)+(-1)^{n}\sum_{k=1}^{N}f^{(n)}(x_k)\right) 
- +&=\frac{h}{2}\left(\sum_{k=0}^{N-1}f^{(2m)}(x_k)+\sum_{k=1}^{N}f^{(2m)}(x_k)\right)\\ 
-==== 2 ====+&=\frac{h}{2}\left(f^{(2m)}(x_0)+2\sum_{k=1}^{N-1}f^{(2m)}(x_k)+f^{(2m)}(x_N)\right)\\ 
 +&=h\left(\frac{f^{(2m)}(a)}{2}+\sum_{k=1}^{N-1}f^{(2m)}(x_k)+\frac{f^{(2m)}(b)}{2}\right)\\ 
 +&\equiv T_{2m} 
 +\end{align}
  
 $$ $$
-f(x)=f(x_{k+1})+\sum_{n=1}^{\infty}\frac{1}{n!}f^{(n)}(x_{k+1})(x-x_{k+1})^n +I_0=T_{0} 
-$$ +-\sum_{m=1}^{\infty}\frac{h^{2m-1}}{(2m)!}\frac{h}{2}I_{2m} 
- ++\sum_{m=1}^{\infty}\frac{h^{2m}}{(2m+1)!}T_{2m}
-$$ +
-\int_{x_{k}}^{x_{k+1}}f(x)\mathrm{d}x=f(x_{k+1})h-\sum_{n=1}^{\infty}\frac{1}{(n+1)!}f^{(n)}(x_{k+1})(-h)^{n+1}+
 $$ $$
  
 +===== 3 =====
 \begin{align} \begin{align}
-I(f)&=h\sum_{k=0}^{N-1}f(x_{k+1})+\sum_{n=1}^{\infty}\frac{(-h)^{n}}{(n+1)!}h\sum_{k=0}^{N-1}f^{(n)}(x_{k+1})\\ +I_0&=T_{0} 
-&=h\sum_{k=1}^{N}f(x_{k})+\sum_{n=1}^{\infty}\frac{(-h)^{n}}{(n+1)!}h\sum_{k=1}^{N}f^{(n)}(x_{k})\\ +-\sum_{m=1}^{\infty}\frac{h^{2m}}{2(2m)!}I_{2m} 
-&=h\sum_{k=0}^{N-1}f(x_{k})-hf(x_0)+hf(x_N)+\sum_{n=1}^{\infty}\frac{(-h)^{n}}{(n+1)!}\left\{h\sum_{k=0}^{N-1}f^{(n)}(x_{k})-hf^{(n)}(x_0)+hf^{(n)}(x_N)\right\}++\sum_{m=1}^{\infty}\frac{h^{2m}}{(2m+1)!}T_{2m}\\ 
 +I_{2\ell}&=T_{2\ell} 
 +-\sum_{m=1}^{\infty}\frac{h^{2m}}{2(2m)!}I_{2(m+\ell)} 
 ++\sum_{m=1}^{\infty}\frac{h^{2m}}{(2m+1)!}T_{2(m+\ell)}\\ 
 +T_{2\ell}&=I_{2\ell} 
 ++\sum_{m=1}^{\infty}\frac{h^{2m}}{2(2m)!}I_{2(m+\ell)} 
 +-\sum_{m=1}^{\infty}\frac{h^{2m}}{(2m+1)!}T_{2(m+\ell)}
 \end{align} \end{align}
- 
  
  
 \begin{align} \begin{align}
-I(f)&=R_h(f)+\sum_{n=1}^{\infty}\frac{h^n}{(n+1)!}R_h(f^{(n)})\\ +I_0&=T_{0} 
-I(f)&=R_h(f)+h\left(f(b)-f(a)\right)+\sum_{n=1}^{\infty}\frac{(-h)^n}{(n+1)!}\left\{R_h(f^{(n)})+h\left(f^{(n)}(b)-f^{(n)}(a)\right)\right\}\\+-\frac{h^{2}}{2(2!)}I_{2}+\frac{h^{2}}{3!}T_{2} 
 +-\frac{h^{4}}{2(4!)}I_{4}+\frac{h^{4}}{5!}T_{4} 
 +-\frac{h^{6}}{2(6!)}I_{6}+\frac{h^{6}}{7!}T_{6} 
 +-\cdots\\ 
 +T_{2}&=I_{2} 
 ++\frac{h^{2}}{2(2!)}I_{4}-\frac{h^{2}}{3!}T_{4} 
 ++\frac{h^{4}}{2(4!)}I_{6}-\frac{h^{4}}{5!}T_{6} 
 ++\cdots\
 +T_{4}&=I_{4} 
 ++\frac{h^{2}}{2(2!)}I_{6}-\frac{h^{2}}{3!}T_{6} 
 ++\cdots\\ 
 +T_{6}&=I_{6} 
 ++\cdots
 \end{align} \end{align}
  
  
 \begin{align} \begin{align}
-I(f)&=R_h(f)+\sum_{m=1}^{\infty}\frac{h^{2m-1}}{(2m)!}R_h(f^{(2m-1)})+\sum_{m=1}^{\infty}\frac{h^{2m}}{(2m+1)!}R_h(f^{(2m)})\\ +I_0&=T_{0} 
-I(f)&=R_h(f)+h\left(f(b)-f(a)\right) +-\frac{h^{2}}{2(2!)}I_{2} 
--\sum_{m=1}^{\infty}\frac{h^{2m-1}}{(2m)!}\left\{R_h(f^{(2m-1)})+h\left(f^{(2m-1)}(b)-f^{(2m-1)}(a)\right)\right\}\\ ++\frac{h^{2}}{3!}\left( 
-&+\sum_{m=1}^{\infty}\frac{h^{2m}}{(2m+1)!}\left\{R_h(f^{(2m)})+h\left(f^{(2m)}(b)-f^{(2m)}(a)\right)\right\}\\+I_{2} 
 ++\frac{h^{2}}{2(2!)}I_{4}-\frac{h^{2}}{3!}T_{4} 
 ++\frac{h^{4}}{2(4!)}I_{6}-\frac{h^{4}}{5!}T_{6} 
 ++\cdots\right)\\ 
 +&-\frac{h^{4}}{2(4!)}I_{4}+\frac{h^{4}}{5!}T_{4} 
 +-\frac{h^{6}}{2(6!)}I_{6}+\frac{h^{6}}{7!}T_{6} 
 +-\cdots\\ 
 +&=T_{0} 
 +-\frac{h^{2}}{12}I_{2} 
 ++\frac{h^{4}}{48}I_{4} 
 +-\frac{7h^{4}}{360}T_{4} 
 ++\frac{h^{6}}{360}I_{6} 
 +-\frac{6h^{6}}{7!}T_{6} 
 +-\cdots\
 +&=T_{0} 
 +-\frac{h^{2}}{12}I_{2} 
 ++\frac{h^{4}}{48}I_{4} 
 +-\frac{7h^{4}}{360}\left(I_{4} 
 ++\frac{h^{2}}{2(2!)}I_{6}-\frac{h^{2}}{3!}T_{6} 
 ++\cdots\right)\\ 
 +&+\frac{h^{6}}{360}I_{6} 
 +-\frac{6h^{6}}{7!}T_{6} 
 +-\cdots\\ 
 +&=T_{0} 
 +-\frac{h^{2}}{12}I_{2} 
 ++\frac{h^{4}}{720}I_{4} 
 +-\frac{h^{6}}{480}I_{6}+\frac{31h^{6}}{15120}T_{6} 
 ++\cdots\\ 
 +&=T_{0} 
 +-\frac{h^{2}}{12}I_{2} 
 ++\frac{h^{4}}{720}I_{4} 
 +-\frac{h^{6}}{480}I_{6}+\frac{31h^{6}}{15120}\left(I_{6}+\cdots\right) 
 ++\cdots\
 +&=T_{0} 
 +-\frac{h^{2}}{12}I_{2} 
 ++\frac{h^{4}}{720}I_{4} 
 +-\frac{h^{6}}{30240}I_{6}+o(h^8)
 \end{align} \end{align}
  
 \begin{align} \begin{align}
-I(f)&=R_h(f)+\frac{h}{2}\left(f(b)-f(a)\right) +h\left(\frac{f(a)}{2}+\sum_{k=1}^{N-1}f(x_{k})+\frac{f(b)}{2}\right)&=\int_a^b f(x)\mathrm{d}x 
--\sum_{m=1}^{\infty}\frac{h^{2m-1}}{(2m)!}\left\{\frac{h}{2}\left(f^{(2m-1)}(b)-f^{(2m-1)}(a)\right)\right\}\\ ++\frac{h^{2}}{12}\left(f'(b)-f'(a)\right)\\ 
-&+\sum_{m=1}^{\infty}\frac{h^{2m}}{(2m+1)!}\left\{R_h(f^{(2m)})+\frac{h}{2}\left(f^{(2m)}(b)-f^{(2m)}(a)\right)\right\}\\+&-\frac{h^{4}}{720}\left(f^{(3)}(b)-f^{(3)}(a)\right) 
 ++\frac{h^{6}}{30240}\left(f^{(5)}(b)-f^{(5)}(a)\right)+o(h^8)
 \end{align} \end{align}
  
  
-==== 3 ==== 
-\begin{align} 
-T_h(f)&\equiv R_h(f)+\frac{h}{2}\left(f(b)-f(a)\right)\\ 
-I(f^{(n)})&=f^{(n-1)}(b)-f^{(n-1)}(a) 
-\end{align} 
- 
-$$ 
-I(f)=T_h(f) 
--\sum_{m=1}^{\infty}\frac{h^{2m}}{(2m)!}\frac{1}{2}I(f^{(2m)}) 
-+\sum_{m=1}^{\infty}\frac{h^{2m}}{(2m+1)!}T_h(f^{(2m)})\\ 
-$$ 
- 
-\begin{align} 
-I(f)=T_h(f) 
--\frac{h^{2}}{2!}\frac{1}{2}I(f^{(2)})+\frac{h^{2}}{3!}T_h(f^{(2)}) 
--\frac{h^{4}}{4!}\frac{1}{2}I(f^{(4)})+\frac{h^{4}}{5!}T_h(f^{(4)}) 
--\frac{h^{6}}{6!}\frac{1}{2}I(f^{(6)})+\frac{h^{4}}{7!}T_h(f^{(6)})\\ 
-+\cdots 
--\frac{h^{2m}}{(2m)!}\frac{1}{2}I(f^{(2m)}) 
-+\frac{h^{2m}}{(2m+1)!}T_h(f^{(2m)})+\cdots\\ 
-0=\frac{h^{2}}{3!}I(f^{(2)})-\frac{h^{2}}{3!}T_h(f^{(2)}) 
-+\frac{h^{2}}{3!}\frac{h^{2}}{2!}\frac{1}{2}I(f^{(4)})-\frac{h^{2}}{3!}\frac{h^{2}}{3!}T_h(f^{(4)}) 
-+\frac{h^{2}}{3!}\frac{h^{4}}{4!}\frac{1}{2}I(f^{(6)})-\frac{h^{2}}{3!}\frac{h^{4}}{5!}T_h(f^{(6)})+\cdots&\\ 
-0=\frac{h^{2}}{3!}I(f^{(2)})-\frac{h^{2}}{3!}T_h(f^{(2)}) 
-+\frac{h^{4}}{4!}I(f^{(4)})-\frac{h^{4}}{3!^2}T_h(f^{(4)}) 
-+\frac{h^{6}}{3!4!2}I(f^{(6)})-\frac{h^{6}}{3!5!}T_h(f^{(6)})+\cdots&\\ 
- 
-\end{align} 
-\begin{align} 
-I(f)=T_h(f) 
--\frac{h^{2}}{2!}\frac{1}{6}I(f^{(2)}) 
-+\frac{h^{4}}{4!}\frac{1}{2}I(f^{(4)}) 
-+\frac{h^{4}}{3!}(\frac{1}{20}-\frac{1}{6})T_h(f^{(4)}) 
-+\frac{h^{6}}{3!4!2}I(f^{(6)})-\frac{h^{6}}{6!}\frac{1}{2}I(f^{(6)}) 
-+\frac{h^{4}}{7!}T_h(f^{(6)})-\frac{h^{6}}{3!5!}T_h(f^{(6)})+\cdots\\ 
-+\cdots 
--\frac{h^{2m}}{(2m)!}\frac{1}{2}I(f^{(2m)}) 
-+\frac{h^{2m}}{(2m+1)!}T_h(f^{(2m)})+\cdots\\ 
-\end{align} 
  
lectures/台形公式の誤差.1668816546.txt.gz · 最終更新: 2022/11/19 09:09 by kimi

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