Schreiben Sie eine beliebige quadratische Gleichung auf, und der Rechner nähert sich ihrem bestimmten Integral an, um die Fläche unter der Parabel zu bestimmen und das Ergebnis anzuzeigen.
Der Online-Rechner der Simpson-Regel kann so programmiert werden, dass er bestimmte Integrale annähert, indem er die Fläche unter einer Parabel bestimmt. Mit dem Simpson-Rechner können Sie quadratische Gleichungen berechnen. Um das Konzept der Simpson-Regeln besser zu verstehen, lesen Sie sie bitte sorgfältig durch.
Was sind Simpsons Regeln?
In der Mathematik wird die numerische Approximation eines bestimmten Integrals mithilfe einer quadratischen Funktion als Simpson-Regel bezeichnet .
Im Vergleich zur Berechnung der Fläche eines schmalen Rechtecks ist der Online-Simpson-Regelrechner die beste Option zur Schätzung der Fläche unter der gesamten Kurve.
Grundprinzipien der Simpson-Regel:
In dem Dokument heißt es:
„Anhand dieser 3 Punkte kann man leicht die quadratische Funktion dieser Punkte bestimmen.“
Angenommen, wir geben das folgende bestimmte Integral an:
∫ A B F ( X ) D X \int\limits_a^b {f\left( x \right)dx} A ∫ B F ( X ) dx
Wenn wir nun eine geeignete Methode für das obige Integral erhalten möchten, müssen wir das Intervall [a, b] in Teilintervalle mit gerader Zahl n unterteilen. Die Breite jedes Teilintervalls ist gegeben durch:
Δ X = B – A N . {\Delta x = \frac{{b – a}}{n}.} Δx = N b – a .
Wenn es drei Punkte gibt:
( X ICH – 1 , F ( X ICH – 1 ) ) \left( {{x_{i – 1}},f\left( {{x_{i – 1}}} \right)} \right) ( X Ich – 1 , F ( X Ich – 1 ) )
Wir nehmen die quadratische Funktion y = a{x^2} + bx + c an, die von allen drei oben genannten Punkten ausgeht und für jedes Paar aufeinanderfolgender Teilintervalle definiert ist( X ICH – 1 , X ICH ) , ( X ICH , X ICH + 1 ) \left({{x_{i – 1}},{x_i}} \right), \left({{x_i},{x_{i + 1}}} \right) ( X Ich – 1 , X ICH ) , ( X ICH , X ich + 1 )
Wenn die Funktion f(x) im Intervall [a, b] stetig ist, dann haben wir die Simpson-Regelgleichung wie folgt:
∫ A B F ( X ) D X ≈ Δ X 3 [ F ( X 0 ) + 4 F ( X 1 ) + 2 F ( X 2 ) + 4 F ( X 3 ) + 2 F ( X 4 ) + ⋯ + 4 F ( X N – 1 ) + F ( X N ) ] . {\int\limits_a^b {f\left( x \right)dx} }\ approx{ {\frac{{\Delta x}}{3}}\left[ {f\left( {{x_0}} \ rechts) + 4f\left( {{x_1}} \right) }\right.}+{\left.{ 2f\left( {{x_2}} \right) + 4f\left( {{x_3}} \right ) }\right.}+{\left.{ 2f\left( {{x_4}} \right) + \cdots }\right.}+{\left.{ 4f\left( {{x_{n – 1} }} \right) + f\left( {{x_n}} \right)} \right].} A ∫ B F ( X ) dx ≈ 3 Δx [ F ( X 0 ) + 4f ( X 1 ) + 2 ( X 2 ) + 4f ( X 3 ) + 2 ( X 4 ) + ⋯ + 4f ( X n –1 ) + F ( X N ) ] .
Da die Formel einen 1/3-Faktor enthält, wird sie auch Simpsons 1/3-Regel genannt. Darüber hinaus ist der kostenlose 1/3-Regelrechner von Simpson eine der besten Möglichkeiten, bestimmte Integrale genau zu lösen. Das Koeffizientenmuster in der Simpson-Regel folgt dem folgenden Muster:
1 , 4 , 2 , 4 , 2 , … , 4 , 2 , 4 , 1 ⏟ N + 1 Punkt . {\underbrace {1,4,2,4,2, \ldots ,4,2,4,1}_{{n + 1}\;\text{dot}}.} n + 1 Punkt 1 , 4 . 2 . 4 . 2 . … , 4 . 2 . 4 . 1 .
Unser kostenloser Online-Simpson-Regel-Rechner berechnet bestimmte Integrale basierend auf der obigen Formel.
F ( X 0 ) = F ( 0 ) = 0 = 0.0f(x_{0})=f(0)=\sqrt{0}=0,0 f ( x 0 ) = f ( 0 ) = 0 = 0,0
4 F ( X 1 ) = 4 F ( 1.5 ) = 4 1.5 = 4 . 8 9 8 9 7 9 4 8 5 5 6 6 3 5 6 4f(x_{1}) = 4f(1,5) = 4\sqrt{1,5} = 4,898979485566356 4f ( x 1 ) = 4 Fuß ( 1,5 ) = 4 1.5 = 4.898979485566356
2 F ( X 2 ) = 2 F ( 3 ) = 2 3 = 3 . 4 6 4 1 0 1 6 1 5 1 3 7 7 5 4 4 2f(x_{2}) = 2f(3) = 2\sqrt{3} = 3,4641016151377544 2f ( x 2 ) = 2 Ringe ( 3 ) = 2 3 = 3.4641016151377544
4 F ( X 3 ) = 4 F ( 4.5 ) = 4 4.5 = 8 . 4 8 5 2 8 1 3 7 4 2 3 8 5 7 4f(x_{3}) = 4f(4,5) = 4\sqrt{4,5} = 8,48528137423857 4f ( x 3 ) = 4 Fuß ( 4,5 ) = 4 4.5 = 8.48528137423857
F ( X 4 ) = F ( 6 ) = 6 = 2 . 4 4 9 4 8 9 7 4 2 7 8 3 1 7 8 f(x_{4}) = f(6) = \sqrt{6} = 2,449489742783178 f ( x 4 ) = f ( 6 ) = 6 = 2.449489742783178
Addiere alle Werte und multipliziere mitΔ X 3 \dfrac{Δx}{3} 3 Δx = 0,75 0,75(0,0 + 4,898979485566356 + 3,4641016151377544 + 8,48528137423857 + 2,449489742783178) = 9,64892610886293
Die tatsächliche Lösung des Integrals lautet wie folgt:
∫ 0 6 X D X = − 4 S fragen R Tonne 6 \int\limits_{0}^{6} \sqrt{x}\, dx = -4 \ sqrt{6} 0 ∫ 6 X dx = − 4 Quadratwurzel 6
(Klicken Sie zur Berechnung auf den Punkterechner )
∫ 0 6 X D X = 9 . 7 9 7 9 5 8 9 7 1 1 \int\limits_{0}^{6} \sqrt{x}\, dx = 9,7979589711 0 ∫ 6 X dx = 9.7979589711
Daher sind die mit der Integralnäherung verbundenen Fehler wie folgt:
∣ ε ∣ = ∣ 9 . 7 9 7 9 5 8 9 7 1 1 – 9 . 6 4 8 9 2 6 1 0 8 8 6 2 9 3 9 . 7 9 7 9 5 8 9 7 1 1 ∣ ≈ 0,015 = 1.5 % {\left|. \varepsilon \right|. ∣ε∣ = 9.7979589711 9.7979589711–9.64892610886293 ≈ 0,015 = 1,5 % = 0,01521 = 1,521 %
Sie können auch den kostenlosen Online-Simpson-Regelrechner verwenden, um Fehler genauer zu finden.
Frage #02:
Berechnen Sie ungefähr die Fläche unter der Kurve Ja = 3 X \y = 3^{x} Ja = 3 X Verwenden Sie zwischen x = 0 und x = 1 die Simpson-Regel für n = 2 Teilintervalle.
Lösung:
Da die gegebene Kurve ist∫ 0 1 3 X \int\limits_{0}^{1} 3^{x} 0 ∫ 1 3 X , dx Simpsons Regelformel lautet wie folgt:
∫ A B F ( X ) D X ≈ Δ X 3 ( F ( X 0 ) + 4 F ( X 1 ) + 2 F ( X 2 ) + 4 F ( X 3 ) + . . . + 2 F ( X N − 2 ) + 4 F ( X N − 1 ) + F ( X N ) ) \int\limits_{a}^{b} f(x)\, dx ≈ \dfrac{\Delta x}{3}(f(x_0) + 4f(x_1) + 2f(x_2) + 4f(x_3) + ... + 2f(x_{n-2}) + 4f(x_{n-1}) + f(x_n)) A ∫ B f ( x ) dx ≈ 3 Δx ( f ( x 0 ) + 4f ( x 1 ) + 2f ( x 2 ) + 4f ( x 3 ) + ... + 2f ( x n − 2 ) + 4f ( x n − 1 ) + f ( x N ))
Die Länge des Intervalls beträgt:
Δ X = B − A N \Delta x = \dfrac{ba}{n} Δx = N B − A
wie wir
a = 0,
b = 1,
n=2
Δ X = 1 − 0 2 = 0,5 \Updelta x = \dfrac{1-0}{2} = 0,5 Δx = 2 1 − 0 = 0,5
Jetzt müssen wir das Intervall [0, 1] in 2 Teilintervalle aufteilen, wobei jeder Endpunkt die Länge \Updelta x = 0,5 hat:
a = 0, 0,5, 1 = b
Funktionen werden an diesen Endpunkten ausgewertet:
F ( X 0 ) = F ( 0 ) = 3 0 = 1,0 f(x_{0}) = f(0) = 3^{0} = 1,0 f ( x 0 ) = f ( 0 ) = 3 0 = 1,0
4 F ( X 1 ) = 4 F ( 0,5 ) = ( 4 ∗ 3 ) 0,5 = 6 . 9 2 8 2 0 3 2 3 0 2 7 5 5 0 9 4f(x_ {1})= 4f(0.5)=(4 * 3)^ {0.5} = 6.928203230275509 4f ( x 1 ) = 4 Fuß ( 0,5 ) = ( 4 ∗ 3 ) 0,5 = 6.928203230275509
F ( X 2 ) = F ( 1 ) = 3 1 = 3,0 f(x_{2}) = f(1) = 3^{1} = 3.0 f ( x 2 ) = f ( 1 ) = 3 1 = 3,0
Addieren Sie nun den Wert und multiplizieren Sie mitΔ X 3 \dfrac{Δx}{3} 3 Δx = 0,25 0,25(1,0 + 6,928203230275509 + 3,0) = 1,821367205045918
Die wahre Lösung dieses Integrals ist:
∫ 0.01,0 3 X D X = 2,0 / Aufzug O G ( 3 ) \int\limits_{0.0}^{1.0} 3^{x}\, dx=2.0/log(3) 0,0 ∫ 1,0 3 X dx = 2,0 / Protokoll ( 3 ) (Klicken Punkterechner Berechnung)
Daher sind die mit der Integralnäherung verbundenen Fehler wie folgt:∣ ε ∣ = ∣ 2 – 1 . 8 2 2 ∣ ≈ 0,08932 = 8 . 9 3 2 % {\left| \varepsilon \right| = \left| {\frac{{2 – 1.82}}{{2}}} \right| }\approx{ 0.08932 }={ 8.932\%} ∣ε∣ = 2 2–1,82 ≈ 0,08932 = 8,932 % Sie können den kostenlosen Online-Simpson-Regelfehlerrechner verwenden, um die Ergebnisse zu überprüfen.
Wie funktioniert Simpsons Rechner?
Manchmal ist es schwer zu verstehen, wie man die Fläche unter einer Parabel auswertet. Um Probleme unter solchen Bedingungen zu lösen, ist die Verwendung des kostenlosen Simpson's Rules Calculator eine zuverlässige Option. Mal sehen, was wir tun müssen:
eingeben:
Schreiben Sie Ihre Funktion entsprechend in die Menüleiste
Wählen Sie die Variable aus, um das Integral zu berechnen
Legen Sie untere und obere Grenzen fest
Wählen Sie die Anzahl der Rechtecke aus (darf keine ungerade Zahl sein)
Klicken Sie auf „Berechnen“
Ausgabe: Simpsons Rechner ermittelt:
Berechnen Sie bestimmte Integrale mit der Simpson-Regelformel
Berechnen Sie die tatsächlichen Punkte
Der Fehler bei der Berechnung der Näherung.
FAQ:
Was sind die Einschränkungen der Simpson-Regel?
Der Hauptnachteil der Simpson-Regel besteht darin, dass diese Methode nicht zum Ermitteln genauer Ergebnisse geeignet ist, wenn wir eine Funktion haben, die stark oszilliert oder an bestimmten Punkten keine Ableitungen aufweist. Solche Integrale können aber auch mit einem Näherungsrechner nach der Simpson-Regel ermittelt werden.
Die Simpsons 3/8 Welche Regeln gelten?
Simpsons 1/8 und 3/8 sind zwei Beispiele für die Newton-Cotter-Formel. Die 3/8-Regel von Simpson erfordert eine weitere Integration innerhalb des Integrationsbereichs und ergibt eine untere Fehlergrenze.
Warum ist Simpsons Regel genauer?
Der Grund dafür ist, dass wir jeden Teil der Kurve mithilfe einer Parabel approximieren, was die effizienteste Methode in der numerischen Analyse ist. Darüber hinaus ermöglicht Ihnen der kostenlose Online-Simpson-Regelrechner die einfache und sofortige Bestimmung bestimmter Integrale und aller an der Berechnung beteiligten Schritte.
Wie ist die Reihenfolge der Fehler in Simpsons Regeln?
Wir wissen, dass die Näherung dieser Funktion quadratisch ist, eine Ordnung höher als die lineare Form, daher wird der Fehler der Simpson-Regel auf O ( h 4 ) oder genauer gesagt O ( h 4 f ‴ ) geschätzt.
abschließend:
Die Simpson-Regel wird nur verwendet, um die Gleichung einer Parabel möglichst genau zu bestimmen. Der Simpson-Regel-Rechner wird in der Technik und Wissenschaft häufig verwendet, da er eine bessere absolute Annäherung an die Gesamtänderung liefert als beide Summen allein . Mit dem Simpson-Rechner können Sie jedoch auch den Näherungsfehler berechnen.
siehe:
Aus Wikipedia: Simpsons 1/3-Regel, zusammengesetzte Simpson-Regel, Simpsons 3/8-Regel , zusammengesetzte Simpson-Regel für unregelmäßig verteilte Daten.
Aus inmath: Gedächtnishilfe, Beweis der Simpson-Regel .
Quellen aus Lumen Learning: Grundlegende Integralprinzipien, Eigenschaften , Integrale nach Teilen, trigonometrische Integrale.